Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Внутреннее строение и распределение изотопов углерода в природных алмазах с включениями ультраосновного и эклогитового парагенезисов

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Автореферат диссертации по теме "Внутреннее строение и распределение изотопов углерода в природных алмазах с включениями ультраосновного и эклогитового парагенезисов"

од

На правах ру^писи

СМИРНОВА Елена Петровна

ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА В ПРИРОДНЫХ АЛМАЗАХ С ВКЛЮЧЕНИЯМИ УЛЬТРАССНСВНОГО И ЗКЛОГИТОВОГО ПАРАГЕНЕЗИССВ

04.00.02 - геохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого - минералогических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Институте геохимии и аналитической Х1Ш им. В.И.Вернадского С ГЕОХИ ) Российской академии наук и в Государственном центральном научно-исследовательском проектном и конструкторском институте драгоценных металлов и агыазов ( Гиналмаззолото ) .

Научные руководители:

Академик РАН Э.М. Галимов Кандидат геолога-минералогических

нзук P.E. Зезин Офжиалькые оппоненты:

Дсктср геолого-минералогических наук A.B. Уланов (ГЕОХИ РАН)

Лектор геолого-ыинералогнческих наук М.И.Нсвгородова (ИГЕМ РАН)

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский • гесдсгс - разведочный институт цветных и благ-родных металлов

на сзс-здании диссертационного совета Д 002.55.ОС

при Институте геохимии и аналитической хш'.м ;im.З.И.Вернадского.

Адрес: 117375, ГСП-i, г.Москва.. В-334, ул.Кссьтина. 19.

С диссертацией мажно ознакомиться в библиотеке FEOXIi РАН.,

состоится

г.лс -Jsu .

Автореферат разослан "2$ " OAtftC^O^ 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета . кандидат геолого-минералогических наук

- 3 -

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В настоящее время вопрос о генезисе природных алмазов остается дискуссионным. Многочисленные гипотезы о происхождении алмазов сводятся к решению таких проблем, как место, среда кристаллизации и источник углерода для образования алмазов.

Информацию об истории формирования алмазов несет их внутреннее строение. Исследование ростовых деталей алмазов позволяет делать выводы о механизме роста, условиях кристаллизации алмазов. Так, на основании изучения внутренней морфологии природных алмазов различными методами было установлено, что алмазы могут формироваться в несколько стадий.

Изотопный состав углерода алмазов позволяет судить об источнике углерода. Было показано, что большая часть алмазов характеризуется узким диапазоном колебаний о С: от - 2 до - 9%., что соответствует изотопному составу основных эндогенных форм углерода. Однако, в целом изотопный состав углерода колеблется в гораздо более широких пределах. Оказалось, что все случаи аномального обогащения и обеднения алмазов легким изотопом углерода связаны с !сристаллами. содержащими включения эклогнтового парагенезиса. По одной из моделей кристаллизация алмазов с включениями эклогигового парагенезиса происходит с участием корового углерода вследствие процессов субдукции.

По модели, предложенной Э.М.Галшовым, фракционирование изотопов углерода может происходить в процессе движения в мантии потока углеродсодержащего флюида, из которого кристаллизуются алмазы. Одновременно с изменением изотопного состава в процессе эволюции флюида происходит преобразование ультраосновной магмы в основную.

Комплексный подход к изучению особенностей внутреннего строения, внутрикристаллического распределения ивотопов углерода, состава минеральных включений в алмазе позволит подробнее раскрыть сложный механизм алмазообразования, проследить за кристаллизацией алмаза в процессе его эволюции: изменения его изотопного состава, механизма формирования, химизма среды кристаллизации.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. 1. Изучение внутреннего строения алмазов I - IY минералогических разновидностей с применением метода цветной катодолюминесцентной растровой электронной микроскопии (ЦКЛ -

pao.

2. Изучение характера внутрикристаллического распределения изотопов углерода в алмазах с различным внутренним строением.

3. Изучение внутрикристаллического распределения изотопов углерода в алмазах, содержащих включения ультраосновного и зклогитоБого парагенезиса.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые изучена представительная коллекция природных алмазов с применением комплекса таких методов, как ЦКЛ РЭМ, микрорентгеноспектральный анализ включений, ИК-спектрофотометрия, фотолюминесценция, изотопный анализ (внутрикристаллшеское распределение изотопов углерода) и др.

При помощи метода ЦКЛ - РЭМ детально изучено внутреннее строение алмазов с криволинейной зональностью и округлыми ядрами, наблюдаемыми в I и IV разновидности кристаллов.' В алмазах с округлой зональностью впервые были обнаружены элементы внутреннего строения, названные нами дендритоподобными стрелами.

Впервые были изучены алмазы II разновидности с применением метода ЦКЛ - РЭМ. В алмазах III разновидности было детально

изучено внутреннее строение центральной зоны , не выявляемое с достаточной четкостью при исследовании другими методами. С помощью метода ЦКЛ - РЭМ установлено сложное строение оболочки IV разновидности, обусловленное неоднородным распределением примесей, отличных от азота.

На основании полученных и литературных данных была предложена классификация внутренних структур алмазов по механизмам роста.

Впервые проводилось изучение внутрикристаллического распределения изотопов углерода не по отдельным профилям, а по всей площади алмазных сечений, а в отдельных случаях - по всему объему кристалла.

На обширном материале получены новые данные по распределению изотопов углерода в алмазах, представляющих различные типы внутренних струкрур, а также содержащих включения ультраосновного и эклогитового парагенезисов.

Впервые исследован изотопный состав углерода алмазов с криволинейной зональностью и округлыми ядрами. Установлен особый характер распределения изотопов углерода в алмазах этого типа.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Исследование внутреннего строения визуально однородных, прозрачных алмазов показало, что такие кристаллы могут иметь неоднородное строение, обусловленное действием различных механизмов роста, неравномерным распределением примесных центров.

Эти данные следует использовать при обработке алмазов в бриллианты, так как неоднородное строение кристаллов может влиять на изменение цветовых характеристик получаемых бриллиантов. Результаты работы по влиянию внутреннего строения алмазов ¿¡а качество получаемых бриллиантов отражены :з отчете

"Исследование влияния характеристик исходного сырья и режимов обработки на цвет бриллиантов" (И гос. регистрации 89.028.080), в разработке которого автор принимал непосредственное участие.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ЗАЩИЩАЕМЫЕ В ДИССЕРТАЦИИ.

1.Многообразие типов внутренних структур природных алмазов, выявленных при помогай метода ЦКЛ-РЭМ, свидетельствует о том, что формирование алмазов имеет многостадийный характер, обусловленный сочетанием и сменой различных механизмов роста, а также неравномерным захватом примесей.

С.Криволинейная зональность и округлые ядра, наблюдаемые в природных алмазах, могут являться следствием нарушения морфологической устойчивости плоского фронта роста. Характерным элементом строения таких алмазов являются дендритоподобные стрелы, впервые выявленные в алмазах с помощью метода ЦКЛ-РЗМ.

3.Природные алмазы характеризуются значительным разбросом значений о с внутри отдельных кристаллов (до 5 7.0). Колебания изотопного состава углерода не связаны с макрозонами, представляющими различные типы внутренних структур. Механизм роста не оказывает значительного влияния на фракционирование изотопов углерода.

4.В алмазах с округлой зональностью наблюдается регулярный

характер распределения изотопов углерода по сечению кристалла: в

большинстве случаев установлено постепенное обогащение изотопом 12

С в направлении от периферии к центру кристалла. 5. Алмазы, содержащие включения эклогитового состава, характеризуются большим разбросом значений внутри кристалла

г

(ло с= 1,3 - 5,5%0), чем алмазы с включениями ультраосновного состава (й$ С= 0,9 - 1,8Х„), что согласуется с гипотезой фракционирования изотопов углерода в потоке движущегося в мантии

флюида.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались на Всесоюзном геммологическом совещании (г.Черноголовка,1989), У Всесоюзной научно-техн. конференции (15-17

ноября,1989,г.Смоленск), XII Всесоюзном симпозиуме по стабильным изотопам в геохимии (г.Москва,ГЕОХИ РАН,1989г.), Международном геммологическом симпозиуме (Лос Анжелес, 1991г.), Третьем Всесоюзном совещании по геохимии углерода (г.Москва,ГЕОХИ РАН,1991). По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

ОБЪЕМ, СТРУКТУРА И МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, списка литературы, приложения и содержит 162 стр. машинописного текста. Список литературы включает 142 наименования. Приложение содержит 63 рисунка и 5 таблиц.

Материалами диссертации являются данные, полученные автором при его непосредственном участии в изучении внутреннего строения и внутрикристаллического распределения изотопов углерода в природных алмазах. Работа выполнялась в институте Гиналмаззолото и Институте геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) РАН.

Отбор алмазов проводили в ГОХРАНе СССР.

Изучение внутреннего строения алмазов методом ЦКЛ - РЭМ проводилось в МГУ на физическом факультете в группе Г.В.Сапарина. Химический состав включений определяли на почвенном факультете МГУ и в ГЕОХИ РАН.

Автор выражает благодарность научным руководителям академику Э.М. Галимову и канд. геол. мин. н. Р.Б.Зезину , а также Сапарину Г.В., Наседкину В.Ф., Обыдену С.К., Перловскому Г.К.,

- 3 -

Мальцеву К.А., Лобусу К.А., Бурмирстрову В.В. и другим за помощь

в работе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

В первой главе изложены сведения, имеющиеся в литературе, по

изотопному составу углерода и особенностям внутреннего строения

природных алмазов (литературный обзор).

В первой части литературного обзора приводятся данные по

изотопии углерода природных алмазов и модели, объясняющие

«и

существование широкого диапазона колебании Ь С алмазов.Показано,

что большая часть природных алмазов имеет изотопный состав,

колеблющийся в пределах от -2 до -9%., в то время как в целом с'*

диапазон вариаций о С гораздо шире и составляет от -34,2 до +2,4%,.

-и

Для объяснения широкого диапазона колебаний о С природных алмазов в работе приведены результаты исследования взаимосвязи между изотопным составом и физико-химическими свойствами алмазов, а также их региональной привязкой.

Наиболее отчетливо проявляется взаимосвязь между изотопным составом углерода и типом парагенезиса включений в алмазе. Оказалось, что алмазы, содержащие включения ультраосновного

(V 13

парагенезиса характеризуются узким диапазоном колебаний о С:

(V 13

от -1 до -10 7.., в то время как интервал вариации о С алмазов с включениями эклогитового парагенезиса значительно шире: от -34,4 до +БХ. .

Таким образом,проблема широкого диапазона вариаций С алмазов тесно связана с проблемой происхождения пород ультраосновного и основного состава, а также с проблемой участия корового либо мантийного углерода в образовании алмазов.

В первой части литературного обзора рассматриваются изотопные эффекты, которые могут привести к фракционированию, изотопов углерода при кристаллизации алмаза из различных веществ. Анализ констант равновесия в различных системах показал, что при температуре кристаллизации алмаза (> 1000°С) изотопные эффекты незначительны. Это подтверждают и экспериментальные данные (за исключением опыта по эпитаксиальному наращиванию алмаза из газа).

В связи с тем, что фракционированием изотопов в рамках

см

закрытой по углероду системы нельзя объяснить весь диапазон о С природных алмазов , в первой главе обзора приведены модели, объясняющие это явление.

В настоящее время для объяснения широкого диапазона колебаний изотопного состава углерода алмазов существует две гипотезы.

Согласно первой гипотезе в образовании алмазов, содержащих включения эклогитового парагенезиса, участвует коровыи углерод.

Вторая гипотеза предполагает, что фракционирование изотопов углерода происходит в пределах мантии в процессе движения потока флюидов. По мере движения к поверхности этого потока происходит фракционирование изотопов в сторону облегчения, а также изменение состава расплава от ультраосновного к основному.

В первой части обзора приведены имеющиеся литературные данные по изучен™ распределения изотопов углерода внутри отдельных кристаллов алмаза. В обзоре показано, что наименее изученной в этом плане является самая распространенная I разновидность алмазов. Имеется малое количество работ, в которых бы проводилось одновременное изучение внутреннего строения, состава включений и вну трикрис таЛлич еског о распределения изотопов углерода.

Сложный многостадийный процесс алмазообразования, меняющиеся условия кристаллизации находят свое отражение во внутреннем строении алмазов.

Вторая часть литературного обзора посвящена как теоретическим вопросам роста кристаллов в приложении к алмазу, так и данным, полученным при изучении внутреннего строения алмазов I - IY разновидностей при помощи различных методов.

Показано, что для алмаза равновесной является грань октаэдра (111}, а неравновесными - грани <110} и <100}. Равновесные грани обладают максимальной способностью к послойному росту, а неравновесные характеризуются нормальным механизмом роста. Механизм роста определяет особенности внутренней морфологии кристалла. Так, результатом послойного роста является прямолинейная зональность, а нормального - волокнистое строение, округлая, криволинейная зональность.

Значительное место в обзоре отводится описанию явления морфологической неустойчивости плоского фронта роста (МНПФР), так как ряд структурных особенностей алмазов , обнаруженных в нашей работе впервые, мы интерпретировали с помощью этого механизма.

Специальный раздел посвящен литературным данным по изучению внутреннего строения алмазов I - IY минералогических разновидностей с применением различных методов исследования.

Особое внимание уделяется интерпретации криволинейной зональности, а также округлых ядер, наблюдаемых в алмазах I разновидности. По мнению различных исследователей эти структурные злементы могут являться результатом процессов растворения, либо проявлением нормального роста.

Приводятся данные по неоднородному строению . алмазов I

разновидности и причинам это вызывающим.

Во второй главе изложены методы исследования внутреннего строения и внутрикристаллического распределения изотопов углерода в алмазах.

Объектом изучения явились природные алмазы I - IY минералогических разновидностей по классификации Ю.Л.Орлова из различных отечественных месторождений (Удачная, Мир, Айхал, месторождения Урала). Отбор алмазов с учетом особенностей их внутреннего строения и наличия включений проводился в ГОХРАНе СССР. На заводе "Кристалл" из алмазов изготавливали полированные пластины (сечения в направлении (100) и ШОП.

Внутреннее строение алмазов изучали при помоши поляризационно-оптического метода, фотолюминесценции и цветной катодолюминесценции.

Метод ЦКЛ-РЭМ позволяет выявлять с высокой степенью

разрешения тончайшие элементы ростовых процессов, отражающих

онтогению исследуемого минерала, что часто бывает недоступно для

других методов исследования. Это становится возможным благодаря

таким достоинствам ЦКЛ - РЭМ, как высокая чувствительность к -6

примесям (10 7.),высокая разрешающая способность (0,2 - 0,5 мкм), получение цветного изображения, возможность наблюдения ростовых деталей при больших увеличениях. Исследования проводили на установке, состоящей из электронного микроскопа "Стереоскан Ж-II А" и катсдолюминесцэнтной приставки для цветного изображения.

Состгз >. концентрацию азотно-пр-'Шесякх дефектов определяли на спектрофотометре фирмы Perkír.-Elmer. Спектры снимались в ИК-области. В ряде случаев проводились локальные исследования.

Химический состав минеральных включений в алмазе изучали при

помощи микрорентгеноспектрального анализа на приборах Camebax-micro и электронном микроскопе фирмы Link с микрозондовой приставкой.

После проведения указанного комплекса методов исследовали изотопный состав алмазов.Для изучения внутрикристаллического распределения изотопов углерода, пластины алмаза помещались на вязкую подложку и затем дробились. Далее осуществляли изотопный анализ этих фрагментов.

Перевод алмаза в форму С0г проводился на установке сожжения. Определение изотопного состава углерода осуществлялось на масс-спектрометре Вариан-Мат-230. Воспроизводимость анализа составляла i 0,1%. .

Всего в данной работе было исследовано около 150 кристаллов алмазов, изготовлено более 700 снимков ЦКЛ-РЭМ, сделано около 500 изотопных измерений.

Третья глава посвящена описан™ результатов изучения внутреннего строения алмазов I - 1Y минералогических разновидностей.

Среди алмазов I разновидности были выявлены почти все типы структур,описываемых в литературе: однородная, прямолинейная зональность по октаэдру, зонально-секториальная, блочная, антискелетная (рис.1). В образцах с макрозональным строением наблюдается сочетание зон, имеющих различные типы структур. В одном кристалле может происходить смена механизмов роста: от кубоидного к тангенциальному, от зонально-секториального к полицентрическому. Это говорит о том, что отдельные кристаллы претерпевали смену условий кристаллизации в процессе своего роста.

Было изучено внутреннее строение алмаза,имеющего внешнюю зону

с антискелетным механизмом роста. Антискелетный рост привел к образованию сложной плоскогранной комбинационной, формы кристалла.

По данным метода ЦКЛ-РЗМ алмазы с пониженным содержанием азота имеют блочную структуру.

Исследовалось внутреннее строение нескольких кристаллов II разновидности, которое представляется мало изученным. Применение метода ЦКЛ-РЭМ показало, что алмазы II разновидности имеют как волокнистое строение, так и кубоидное. Это подтверждает полученные ранее данные.

В работе приводятся результаты изучения внутреннего строения непрозрачных и прозрачных кристаллов алмазов III разновидности. По литератуным данным непрозрачные кубические кристаллы имеют волокнистое строение, а прозрачные - кубоидное.

По результатам наших исследований в строении всех непрозрачных кубических алмазов присутствует внешняя зона . имеющая волокнистое строение. Метод ЦКЛ-РЭМ позволил более детально изучить строение внутренней зоны. Во внутренней зоне непрозрачных кристаллов наблюдается сложная округлая зональность, кубоидная зональность, зонально-секториальное и полицентрическое строение.

Строение прозрачных кубических кристаллов характеризуется сочетанием кубоидных и волокнистых зон с преобладанием первых.

Таким образом, прозрачные и непрозрачные кристаллы III разновидности образованы по нормальному механизму роста. По-видимому, кристаллизация внешней волокнистой зоны непрозрачных алмазов сопровождалась бурным захватом примесей. Прозрачные кубы кристаллизовались из среды с малым количеством примесей.

При изучении алмазов 1У разновидности с помощью метода ЦКЛ-РЭМ было обнаружено сложное многослойное строение оболочки. Часто внешняя оболочка состоит из нелюминесцирующего внутреннего слоя и внешнего неоднородного слоя с различными цветами люминесценции . Спектры катодолюминесценции и данные микрозондового анализа говорят о наличии в оболочке примесей, отличных от азота: 31, А1, Кй, Са.

По результатам изучения внутреннего строения алмазов I -разновидностей была предложена таблица схематического изображения типов внутренних структур алмазов (рис.1) , а также новая классификация алмазов в основу которой были положены механизмы роста .

Таким образом, многообразие внутренних структур природных алмазов свидетельствует о многостадийности алмазообразования, обусловленного сочетанием и сменой различных механизмов роста, а также неравномерным захватом примесей.

В работе приводятся результаты детального изучения внутреннего строения алмазов, обладающих криволинейной зональностью, а также имеющих макрозональное строение: округлое ядро и внешнюю зону, образованную по тангенциальному механизму роста. Такое строение было ■ обнаружено в алмазах I и 1У разновидностей.

Как указывалось выше, округлая зональность в алмазах не имеет однозначного объяснения. Для выяснения генезиса таких алмазов важно исследование деталей внутреннего строения, а также внутрикристаллического распределения изотопов углерода в этих образцах.

При исследовании алмазов с криволинейной зональностью и округлыми ядрами методом ЦКЛ - РЕМ во всех изучаемых образцах

были обнаружены специфические элементы строения, названные наш дендритоподобными стрелами (ДС), так как они напоминают ограненные ветви дендритов. ДС интерпретируются нами как результат нарушения морфологической устойчивости плоского фронта роста (МУПФР). Детальный анализ строения ДС и ряд других морфологических признаков позволили сделать предположение, что алмазы, обладающие таким строением, образовались в результате послойной кристаллизации в направлении от периферии к центру кристалла. Такие образцы были названы нами алмазами обращенного роста.

В пользу механизма обращенного роста свидетельствуют следующие детали внутреннего строения алмазов.

По нашему мнению ДС представляют собой ограненные выступы неустойчивого фронта роста. Такие детали строения наблюдались в экспериментах по кристаллизации полупроводников и органических веществ.

На снимках КЛ видно, что слои алмазного вещества отлагаются сначала по бокам от ДС, а затем огибают ее. В случае процесса растворения предполагается секущее положение ДС с окружающей зональностью.

Полосчатая структура алмазов обращенного роста с отдельными иглами протыкания в переохлажденную зону (ДС), криволинейная и зигзагообразная зональность отражают начальную стадию нарушения устойчивости.

О росте алмазов в направлении от периферии к центру свидетельствуют особенности строения центральной зоны алмазов обращенного роста. Ни з одном из исследуемых образцов не было обнаружено концентрически - зональной структуры, раззиваю^ейся вокруг центрального зародыша, как это часто наблюдается в

алмазах. Центральная зона многих образцов представляет собой результат роста двух фронтов кристаллизации в виде ДС, направленных от противоположных стенок камеры.Часто на последней стадии происходит смена криволинейной зональности на прямолинейную, либо кристаллизация идет по механизму игольчатого роста . Многие образцы имеют внутреннюю зону с блочным строением.

Доказательством обращенного роста алмазов являются структуры, наблюдаемые вокруг включений, захваченных алмазом. На снимках КЛ отчетливо видно прогибание фронта кристаллизации под включением.

Среди алмазов обращенного роста выделяются кристаллы, формирование которых происходило в две или три стадии. Такие алмазы имеют внутреннюю округлую зону с признаками обращенного роста и внешнюю область с прямолинейной зональностью. На последней стадии может образоваться оболочка по типу алмазов 1У разновидности. Таким путем округлые алмазы обращенного роста могут приобретать октаэдрический облик.

Обнаружение алмазов обращенного роста заставляет предположить существование нетрадиционного механизма образования природных алмазов - кристаллизации алмазного вещества из капли, заполненной сверхплотным углеродсодержащим флюидом, находящейся в силикатной магме. Вполне вероятно, что существование алмазов обращенного роста является подтверждением кавитационной модели синтеза алмазов, выдвинутой Э.М.Галимовым ранее.

В настоящее время механизм обращенного роста алмазов является гипотетическим и его обоснование и разработка требуют дальнейших исследований.

В четвертой главе приведены результаты изучения внутрикристаллического распределения изотопов углерода в.

- -

алмазах (табл.1).

Исследования показали, что диапазон колебании ай С в отдельных

кристаллах алмазов I разновидности и ядрах алмазов 1У

разновидности составляет от 0,6 до 5,5 %. . Такой интервал <13

колебаний Ад 0 совпадает с литературными данными по

внутрикристаллическому распределению (0,2 - 5,8%.).

«я

Значительный разброс значений АО С наблюдается как в алмазах с однородным строением (1,8 - 2,7%.), так и в алмазах, имеющих макрозональное строение (0,6 - 3,1%.).

В работе был проведен анализ взаимосвязи

внутрикристаллического распределения изотопов углерода с особенностями внутреннего строения алмазов.

Исследования показали, что алмазы, имеющие однородное строение, прямолинейную зональность, а такяе содержащие макрозоны с различными типами внутренних структур, характеризуются нерегулярным распределением изотопов углерода. Это наблюдение относится как к единичным пластинам, вырезанным через центральную часть кристалла, так и к образцам, представленным несколькими параллельными сечениями (4-5 пластин), проходящими через весь кристалл.

Нерегулярный характер распределения изотопов углерода имеют алмазы с зонально-секториальным строением. Это говорит о том, что механизм роста (тангенциальный или нормальный ) не оказывает значительного влияния на фракционирование изотопов углерода в процессе кристаллизации алмаза.

В ряде образцов обнаружена тенденция облегчения ' изотопного состава углерода в зонах, соответствующих генетическому центру кристалла. Это наблюдение согласуется с ранее полученными литературными данными.

Таким образом, колебания изотопного состава углерода алмазов не связаны с типом внутренних структур, сменой механизмов роста и, по-видимому, отражают колебания изотопии среды алмазообразования.

Особый интерес представляло изучение внутрикристаллического распределения изотопов углерода в алмазах с криволинейной зональностью и округлыми ядрами.

Исследования показали, что в алмазах с округлой зональностью, образованных в одну стадию, и в округлых ядрах октаэдрических алмазов наблюдается корреляция изотопного распределения с особенностями внутреннего строения. В большинстве случаев установлено постепенное "облегчение" углерода в направлении от периферии к центру округлой зоны.

В двух образцах с округлой зональностью было обнаружено "утяжеление" изотопного состава углерода в центральных зонах.

Установленный регулярный характер распределения изотопов углерода в алмазах с округлой зональностью является, по-видимому, косвенным доказательством предложенного нами механизма их формирования: кристаллизации флюидных капель в направлении от периферии к центру. Корреляция изотопного распределения с особенностями внутреннего строения алмазов обращенного роста обусловлена, вероятно, механизмом кристаллизации алмаза из капли сверхплотного флюида, представляющей собой закрытую по углероду систему.

Величина изотопного фракционирования ¿3 С алмазов с округлой

зональностью и округлых ядер колеблется от 0,3 £0 2,6Х„, что

. С15

попадает в. интервал колебании о С, обусловленных процессом кристаллизации алмаза.

Если интерпретировать округлую зональность в алмазах как

результат многократного растворения и регенерации, то следовало

бы ожидать незакономерного характера распределения изотопов, а

также более резких различии значении & С по зонам кристалла.

Основная масса изучаемых алмазов с округлой зональностью

характеризуется значениями от -4 до -6,6%., что совпадает с

«и

медианными значениями о С большей части природных алмазов.

Особое внимание уделялось сопоставлению изотопного состава

округлых ядер алмазов и внешних оболочек, образованных по

тангенциальному механизму. Было показано, что основная часть

алмазов, сформированных в две стадии, не имеет резких различий в

изотопном составе углерода внутренней округлой и внешней зоны.

Изотопный состав округлых ядер может незначительно меняться

как в сторону "облегчения", так и в сторону "утяжеления" по

сравнению с внешними зонами. Это наблюдение согласуется с

моделью формирования алмазов из движущегося флюида с меняющимся

изотопным составом углерода.

В одном из образцов с подобным строением было установлено

различие до С внутренней и внешней зоны, составляющее 5,5%с •

Это, по-видимому, свидетельствует о том, что различные зоны

алмаза образовались с временным перерывом при участии углерода

из различных источников.

В работе приведены данные по внутрикристаллическому

распределению изотопов углерода в алмазах, содержащих включения

ультраосновного и эклогитового парагенезиса.

Изотопный состав углерода изучаемых алмазов с включениями

ультраосновного парагенезиса варьирует от -4,6 до -6,6%..

Алмазы, содержащие включения эклогитового парагенезиса,

с 15

характеризуются более широким диапазоном вариаций о С: от -4,0 до -12,7%.(табл.1).

Подобная тенденция относится и к внутрикристаллическим -/з

вариациям а С. Алмазы с включениями ультраосновного парагенезиса характеризуются более узким диапазоном вариацийС (0,9-1,82.) в пределах отдельного кристалла, чем алмазы, содержащие включения основного состава (1,3 - 5,5%«,).

Алмазы, обладающие однородным и макрозональным строением и содержащие включения ультраосновного и эклогитового парагенезиса, имеют нерегулярный характер распределения изотопов углерода. Таким образом, в алмазах с различным строением не установлена связь между характером изотопного распределения и типом парагенезиса включений.

Было проведено изучение внутрикристаллического распределения изотопов углерода в алмазах с округлыми ядрами, содержащих включения ультраосновного и эклогитового парагенезисов. Исследуемые алмазы имели двухзональное строение: округлое ядро (вероятно, обращенного роста) и внешнюю зону, образованную по механизму тангенциального роста.

Результаты изотопных исследований показали, что диапазон колебаний изотопного состава ядер и внешних зон алмазов с включениями ультраосновного парагенезиса приблизительно одинаков (табл.1).

Большая часть алмазов с включениями эклогитового парагенезиса имеет внешние зоны более легкого изотопного состава, чем округлые ядра (табл.1 ).

В одном из образцов была установлена обратная тенденция.

Таким образом, алмазы с округлыми ядрами , содержащие

включения ультраосновного состава, характеризуются узким - с'З

диапазоном колебании о С по сечению кристалла, в то время как в алмазах с включениями эклогитового парагенезиса наблюдается

больший разброс значений д С, характеризующих различные ростовые зоны.

Полученные данные согласуются с моделью формирования алмазов из движущегося в мантии потока флюидов, предложенную Э.М.Галимовым. По этой модели в процессе движения флюида происходит изменение его изотопного состава в сторону облегчения; одновременно меняется химический состав расплава от ультраосновного к основному. В результате этого алмазы с включениями ультраосновного парагенезиса должны иметь однородный изотопный состав и соответствовать ранней стадии эволюции потока флюида. На более поздней стадии образуются алмазы с включениями эклогитового состава, обогащенные легким изотопом углерода.

ВЫВОДЫ.

1. Наличие разнообразных типов внутренних структур природных алмазов, выделенных в данной работе, свидетельствует о том , что процесс алмазообразования сопровождается сочетанием и сменой различных механизмов роста, а также неравномерным захватом примесей.

2. Изучение внутреннего строения алмазов с помсдыо ДКЛ - РЗМ показало, что криволинейная зональность и округлые ядра, наблюдаемые на снимках двулучепреломления и ЦКЛ алмазов могут быть обусловлены проявлением нарушения морфологической устойчивости плоского фронта роста. Растворение играет значительную роль на заключительном этапе формирования алмаза.

3. Диапазон вариации С и характер внутрикристаллического распределения изотопов углерода в алмазах с различным строением свидетельствуют о том, что механизм роста не оказывает

значительного влияния на фракционирование изотопов углерода.

4. В алмазах с округлой зональностью установлена взаимосвязь

распределения изотопов углерода с особенностями их внутреннего

строения. Это, по-видимому, обусловлено кристаллизацией части

природных алмазов из замкнутой по углероду системы.

с'З

5. Более широкий диапазон колебаний ¿0 С в алмазах с включениями эклогитового состава по сравнению с алмазами ультраосновного парагенезиса подтверждает гипотезу фракционирования изотопов углерода в потоке движущегося в мантии флюида, а также свидетельствует об участии флюида в образовании пород эклогитового состава.

Список публикаций.

1. Зезин P.E., Смирнова Е.П., Сапарин Г.В., Обыден С.К., Мальцев К.А. Исследование внутреннего строения и внутрнкристаллического распределения изотопов углерода в природных алмазах - Второе Всесоюзное геммологическое совещание, 30 окг. - 1 ноября 1989 г., пос.Черноголовка, Тезисы докл., с.96-98.

2. Галимов Э.М., Мальцев К.А., Зезин Р.В., Сапарин Г.В., Смирнова Е.П. Вариации изотопного состава углерода в сечении кристаллов алмаза - XII Всесоюзный симпозиум по стабильным изотопам в геохимии, 1? - 19 апреля 1989 г., г.Москва, с.306 -308.

3. Zezin R.B., Saparin G.V., Smirnova E.P., Qbyden S.K., Chuckichev М.У. Cathodoluminescence of natural diamonas fron Jacutisn deposits - Scanning, v.12, 1990, p.32o - 333.

4. Zezln R.B., Smirnova E.P. On a new growth mechanism of natural diamonds - Intern. Gemmological Symposium "Facing the future", Los Angeles, California, June 20 - 24, 1991, p.164.

5. Зезин P.Б., Смирнова Е.П. Природные алмазы секрещгонного типа - Третье Всесоюзное совещание по геохимии углерода, Тезисы докл., 9-11 декабря, 1991 г., г. Москва, т.2, с.306 - 307.

6. Zezin R.B., Smirnova E.P., Saparln G.V., Obyden S.K. New growth features of natural diamonds revealed by color cathodoluminescence scanning electron microscope [CCL - SEM] technique - Scanning, v.14, 1992, p.3 - 10.

7. Галимов Э.М., Бао Яньнань, Мальцев К.А., Смирнова Е.П. Изотопный состав алмазов Северо-Китайской платформы - Доклады Академии наук, т.331, N4, 1993, стр.467-463.

3. Зезин Р.В., Смирнова Е.П., Сапарин Г.В., Обыден С.К. Новые данные по исследованию внутреннего строения природных алмазов обращенного роста - В сб.: "Производство, анализ и применение благородных, редких металлов и алмазов", N4, Гпналмаззолотэ, Москва, 1995, стр. 174-188.

-м-

I разновидность

□ □

2 5 *

\ а/ \о ] > Г с А Л

«

3

II разновидность

О

11

III разновидность а) непрозрачные кристаллы

• К — Ж

15 /о 17

б) прозрачные кристаллы

¡9 го

1У разновидность

шшпщз

гштт

№

ХП/

г<

Ряс.Г. Типы внутренних структур природных алмазов.

Обозначения к рисунку I .

1 - однородная структура;

2 - прямолинейная концентрическая зональность;

3 - макрозональное строение ( однородное ядро и внешняя

область с зональным строением ) ;

4 - макрозональное строение 1ядро с концентрической зональ-

ностью и внешняя однородная зона;

5 - зонально-секториальное сроение;

6 - смена кубоидного роста на тангенциальный;

7 - смена зонально-секториального строения на кубоидное и

полицентрическое;

8 - блочная структура;

9 - структура с проявлением антискелетного роста;

10 - структура обращенного роста;

11 - двухстадийные алмазы обращенного роста;

12 - куб в октаэдре;

13 - кубоидное строение алмазов II разновидности:

14 - волокнистое строение алмазов II разновидности;

15 - сочетание кубоидного и волокнистого строения;

16 - сочетание округлой зональности с волокнистым строением;

17 - сочетание полицентрического, кубоидного и волокнистого

строения;

18 - сочетание зонально-секториального и волокнистого строения;

19 - 21 - сочетание кубоидного, зонально-секториального и

волокнистого строения;

22 - алмаз в оболочке;

23 - трехстадийный алмаз (ядро обращенного роста - тангенци-

альная зона - волокнистая зона )

Таблиц» I . Вариации $ в сечениях алмазов с различным внутренним строением и парагенезисом включений.

№ об- Разно- Габитус Внутреннее строение Прец-лм А 3'С ¿Г С /'С ¿Г С Пярпге-

рязца вид- вариаций внутренней внешней волок- незис

ность (Г С» зоны, зоны, нистой

______оболочки

22 I Октаэдр Однородное -4,6—6,4 1.3 у/о

3-я 1У Октаэдр Однородное ядро + -5,7—8,4 2,7 -5,7—8,4 -6,5—8,1 экл.

волокнистая оболочка

4 I Октаэдр Концентрическая микрозональность -4,2—5,3 1,1 У/о ?

5 I Октаэдр Концентрическая -1,4-2,9 1,5

микрозонлльность

0 I Октпэдр Неоднородное -6,0 —6,6 0,6 -6,0—6,6 -6,0—6,5

3 I Октаэдр Неоднородное -4,9—6,7 0,6 -5,2—5,7 -4,9--5,5

I I Октаэдр Неоднородное -4,0—5,2 1,1 -4,0—5,2 -4,7—5,2

9 I Кубок— таэдр Зонялыю— секториальиое .4,4---5,1 0,7

Ю . I Октаэдр Смешанного роста -3,4—5,0 1,6

14 I Октаэдр Смешанного роста -5,3—8,4 3,1 экл.

12 I Октаэд-роид Обращенный рост -6,4—9,0 2,6

7 I Октяэд- Обращенный рост -5,4—6,2 0,0

роид у/о

1-в I Октаэдр Обращенный рост + внешняя тангенциальная зона -5,3—6,2 0,9 -5,3—6,2 -5,4—5,6

Таблица I . ( продолжение )

№ об- Разно- Габитус внутреннее строение Пределы раэца вил- париамий

ность c5"'JC

75 1У Октаэдр Обрашеиный рогт + -7,2-^-12,7

внешняя тангенциальная зона

76 I Октаэдр Окрашенный рост + -о,4--Ъ,Ь

внешняя тангенциальная зона

72 1У Октаздр Обращенный воет + -Ь.Ьг-7,3

внешняя тангенциальная зона

44 I Октаэдр Обращенный рост + -6,0f-7;3

внешняя тангенциальная зона

ЬО I Октаядр Обращенный рост + -4,Of—5,3

внешний тангенциальная зона

43 I Октаэд- Обращенный рост + -3,8—6,4 роид внешняя тангенциальная зона

31 LLI Куб Волокнистое -6,3—6,0

л/Ч; сГ1^ <Г1:3С Р3С Иираге-

внутренней внешней волок- неэис зоны зоны нистой _оболочки_

Ь.Ё> -II, 1—12.7 -7,2£—9,6 -7,7^-8,6 зкл.

1.2 -5,5г-6,6 -5,4—6,1 у/о

1,8 -5,5^-Ь,В -5,7^-6,4 -6,0?—7,3 экл.

1.3 -6,Ог-7.0 -6,6;—7,3 экл. 1.3 -4,0Н),.Ч -4,6—5.3 гжл.

2.6 -3,8—5,3 -5,6^-6,4 ?

1.7 -6,7—й,и -6,3—7,7 окл.