Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Закономерности проявления азотных дефектов в кристаллах алмаза уральского типа

ВАК РФ 25.00.05, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Закономерности проявления азотных дефектов в кристаллах алмаза уральского типа"

На правах рукописи

НЕФЕДОВ Юрий Викторович

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ АЗОТНЫХ ДЕФЕКТОВ В КРИСТАЛЛАХ АЛМАЗА УРАЛЬСКОГО ТИПА

Специальность 25.00.05 — Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

005551584

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 2014

005551584

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего

профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

Научный руководитель -

доктор геолого-минералогических наук, доцент

Козлов Александр Владимирович

Официальные оппоненты:

Гаранин Виктор Константинович доктор геолого-минералогических наук, профессор, академик РАЕН, ФГБУН «Минералогический музей им. А. Е. Ферсмана», директор

Сухарев Александр Евгеньевич кандидат геолого-минералогических наук, ФГБУН «Институт геологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук», старший научный сотрудник лаборатории экспериментальной минералогии

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова»

Защита диссертации состоится 27 июня 2014 г. в 12 часов 15 минут на заседании диссертационного совета Д 212.224.04 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. № 4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ru.

Автореферат разослан 25 апреля 2014 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ Л—" ГУЛЬБИН

диссертационного совета Ш Юрий Леонидович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Алмазы уральского типа, объединяющие округлые кристаллы этого минерала, для которых не характерны присущие большинству алмазов из месторождений кимберлит-лампроитового типа плоскогранные формы, давно обратили на себя внимание, как специфическими морфологическими особенностями, так и высоким выходом ювелирных разновидностей. Результаты их изучения нашли отражение в многочисленных публикациях

A. Е. Ферсмана, М. А. Гневушева, А. А. Кухаренко, Ю. JI. Орлова, И. И. Шафрановского, JL И. Лукьяновой, А. Б. Макеева, В. И. Ракина, И. И. Чайковского, В. А. Петровского и многих других исследователей.

Важнейшей особенностью месторождений алмазов уральского типа является отсутствие достоверно установленных коренных источников россыпей, несмотря на то, что многие из них разрабатываются более 100 лет. Диапазон предположений о возможных типах коренных источников этих россыпей весьма велик: от полностью эродированных древних кимберлитовых тел до современных алмазоносных туффизитов. При отсутствии достоверных данных о коренных источниках и редкости находок минералов-спутников в этих россыпях именно сами алмазы могут являться наиболее важными источниками информации о генетических особенностях потенциальных коренных источников. Поэтому исследования, основанные на анализе кристаллохимических особенностей этого минерала, могут способствовать пониманию специфики процессов их образования и решению вопроса возможных коренных источниках алмазов уральского типа.

Одной из важнейших кристаллохимических особенностей алмаза является наличие в нем структурной примеси азота. Для выявления концентрации и форм нахождения азота в кристаллах алмаза давно и успешно используется метод ИК-спектроскопии. Большой вклад в разработку спектроскопических методов исследования кристаллов алмаза внесли отечественные (Ф. В. Каминский, Е. В. Соболев, Ю. А. Клюев) и зарубежные (S.R. Boyd, W. R. Taylor, G. S. Woods) ученые. Значительный объем исследований кристаллов алмаза с использованием методов ИК-спектроскопии проведен И. Н. Богуш, Е. А. Васильевым, М. Б. Копчиковым, О. В. Палажченко,

B. А. Петровским, Г. К. Хачатрян, Fernando А. Т. P. Laiginhas и др., но

алмазы уральского типа целенаправленно этими методами изучены недостаточно. Поэтому метод ИК-спектроскопии был выбран в качестве основного в настоящем исследовании, поскольку он позволяет без разрушения минеральных индивидов количественно и с достаточно высокой производительностью определять концентрацию азота в алмазе, формы его нахождения в виде А и В1-дефектов и, в конечном итоге, выявлять закономерности проявления азотных дефектов в кристаллах алмаза. В настоящей работе под закономерностями проявления азотных дефектов в кристаллах алмаза понимается количественное определение концентрации азота в алмазе в различных формах его нахождения, выявление зональности их размещения в пределах кристаллов, установление статистических закономерностей распределения кристаллов алмаза по содержанию в них различных азотных дефектов.

Проведенные исследования на основе обширной и представительной коллекции алмазов уральского типа из различных регионов позволили выявить закономерности проявления азотных дефектов в изученных кристаллах и дать им корректную генетическую интерпретацию. Эти результаты являются основой для более взвешенного подхода к анализу возможных генетических типов коренных источников россыпей с алмазами уральского типа, что будет способствовать выбору оптимальной методики их поисков или принятию обоснованного решения о нецелесообразности выявления их коренных источников как потенциально промышленных месторождений.

Цель работы: выявить закономерности проявления азотных дефектов в кристаллах алмаза уральского типа из различных регионов и дать им генетическую интерпретацию.

Основные задачи исследований

1. Анализ и обобщение существующих представлений об особенностях геологического строения и формирования месторождений с алмазами уральского типа.

2. Подбор коллекции алмазов уральского типа из различных регионов, их морфологический анализ для определения ее однородности и представительности для совокупности алмазов уральского типа.

3. Анализ особенностей азотных дефектов методом ИК-спектроскопии и установление статистических закономерностей их

4

проявления в кристаллах алмаза уральского типа различных регионов.

4. Сравнительная характеристика особенностей проявления азотных дефектов в кристаллах алмаза уральского типа из различных регионов и алмазов из коренных объектов.

5. Анализ возможных генетических следствий, вытекающих из установленных закономерностей проявления азотных дефектов в кристаллах алмаза уральского типа.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положены материалы, полученные в процессе изучения коллекций алмазов Горного музея, кафедры минералогии СПбГУ, Коми НЦ УРО РАН, материалы исследования уральских алмазов коллекции ВСЕГЕИ и данные из опубликованных источников. При непосредственном участии автора на базе лаборатории спектроскопии Национального минерально-сырьевого университета «Горный» были изучены коллекции кристаллов алмаза Урала - 173 шт., Анабаро-Оленекского междуречья - 164 шт., Бразилии - 179 шт. Было также проведено выявление их онтогенических особенностей, при котором было использовано предложенное В. В. Бескровановым (2000) выделение в кристаллах алмаза трех онтогенических областей: центральной, промежуточной и периферийной, что позволяет по единой схеме сопоставлять алмазы различного внутреннего строения.

Для морфологического изучения кристаллов, а также их фотографирования использовался стереомикроскоп Leica EZ4D. Определение типа и содержания азотных дефектов в кристаллах алмаза проводилось методом инфракрасной спектроскопии с использованием ИК-Фурье спектрометра Vertex 70 с ИК-микроскопом Hyperion 1000. Спектры фотолюминесценции регистрировали на модульном спектрофлуориметре Fluorolog 3 фирмы Horiba - Jobin Ivon, оснащенном микроскопом Olympus. Исследование методом оптической спектроскопии проводилось на двулучевом спектрофотометре UV-2550РС фирмы Shimadzu. Для обработки результатов анализов использовались методы статистики. Обработка и интерпретация спектров производилась в программе "Spectr Exarninaton" (О. Е. Ковальчук).

Личный вклад автора. Диссертант принимал непосредственное участие во всех экспериментах и исследованиях, описанных в работе. Лично автором были проведены морфологическое и спектроскопическое изучение кристаллов алмаза из россыпей Урала,

5

Анабар-Оленекского междуречья и Бразилии и обобщение полученных данных с использованием результатов анализа литературных источников. Автор внес основной вклад при написании научных статей и тезисов, отраженных в авторском списке публикаций.

Научная новизна. Для кристаллов алмаза уральского типа из различных регионов установлен широкий диапазон степени агрегации азота, преобладание кристаллов, содержащих азот в форме В1-дефектов и ограниченное развитие периферийной зоны, в которой азот преобладает в виде А-дефектов.

Практическая значимость. Обоснована возможность формирования россыпей с алмазами уральского типа или при разрушении серии различных по формам нахождения азота в алмазах кимберлит-лампроитовых тел или за счет коренного источника неизвестного пока типа, алмазы в котором имеют широкий диапазон степени агрегации азотных дефектов.

Достоверность результатов диссертационного

исследования. Достоверность полученных результатов определяется всесторонним анализом выполненных ранее работ по предмету исследования, изучением обширной коллекции алмазов из трех регионов, являющихся признанными представителями россыпных районов с алмазами уральского типа, применением современного аналитического оборудования, использованием статистических методов обработки аналитических данных.

Апробация работы. Промежуточные результаты исследования докладывались на всероссийской и международной конференции «Проблемы рационального природопользования» (г. Санкт-Петербург, 2011 г.); на сессии научных работ горного дела (Studenckich Kol Naukowych Pionu Gôrniczego, Краков, 2011 г.); на форуме научных докладов по вопросам минерально-сырьевой базы (Scientific reports on resource issues, Фрайберг, 2012 г.); на семинаре стипендиатов программы «Михаил Ломоносов III» (Бонн, 2013 г.); на международном геммологическом конгрессе, 16-ом симпозиуме FEEG (International gemological congress, 16m FEEG symposium, Jewelry design awards, Мадрид, 2014). Работа проведена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 -2011 годы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, общим объемом 151 страница. Содержит 89 рисунков, 11 таблиц и список литературы из 148 наименований.

В первой главе проведен анализ опубликованных материалов по алмазам из россыпей Урала, Бразилии, северо-востока Якутии. Сведены данные по описанию и объяснению морфологических особенностей алмазов уральского типа, их изученности спектроскопическими методами, основные представления об их коренных источниках, и поставлены задачи исследования.

Вторая глава включает сведения об основных примесных структурных дефектах в кристаллах алмаза, описание использованных методик исследования морфологических особенностей алмазов и спектроскопических методов исследования структурных дефектов.

В третьей главе на основе результатов исследования алмазов Урала, Бразилии и Анабаро-Оленекского междуречья спектроскопическими методами сформулированы закономерности проявления азотных дефектов в кристаллах из этих районов и показаны специфические особенности алмазов уральского типа.

В четвертой главе приведены результаты сравнительного анализа особенностей проявления азотных дефектов в кристаллах Урала, Бразилии и Анабаро-Оленекского междуречья и их сопоставление по различным параметрам с кристаллами из месторождений кимберлит-лампроитового типа, которые позволили обосновать второе защищаемое положение. Проанализированы особенности онтогенеза кристаллов алмаза и на основании сопоставления особенностей проявления азотных дефектов в алмазах уральского типа и кристаллах алмаза различных генераций из эклогитовых ксенолитов и месторождений кимберлит-лампроитового типа обосновано третье защищаемое положение.

В заключении сформулированы основные выводы и рекомендации.

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю д.г.-м.н., заведующему кафедрой ГРМПИ А. В. Козлову. Автор благодарит сотрудников кафедры геологии и разведки месторождений полезных ископаемых Горного университета за обсуждение результатов работы. Особую благодарность выражает к.г.-м.н. Е. А. Васильеву, к.г.-м.н., старшему научному сотруднику лаборатории спектроскопии О. П. Матвеевой и другим сотрудникам кафедры МКП за помощь в проведении

7

спектроскопических исследований, ценные советы и поддержку на протяжении всей работы. Автор благодарен магистранту СПбГУ И. В. Клепикову и его научному руководителю к.г.-м.н., куратору музея кафедры минералогии СПбГУ Г. Ф. Анастасенко за предоставленную возможность изучения коллекции алмазов Анабаро-Оленекского междуречья и помощь в работе. Автор благодарит д.г.-м.н., главного научного сотрудника института геологии Коми научного центра УрО РАН В. А. Петровского за предоставленную возможность исследования коллекции алмазов Бразилии. Автор благодарен директору Горного музея Е. Е. Поповой за помощь в работе с коллекцией алмазов Горного музея.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

1. Алмазы из месторождений западного склона Урала характеризуются преобладанием кристаллов с высоким (более 500 ррт - 96% образцов) содержанием азота и широким диапазоном степени агрегации азотных дефектов, отражающим значительный температурный интервал их формирования.

Для выявления закономерностей распределения азотных дефектов в кристаллах алмаза Урала методом ИК-спектроскопии был изучен 91 кристалл из коллекции Горного музея Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и 82 кристалла из коллекции ВСЕГЕИ.

Анализ изменения степени агрегации азотных дефектов в алмазах показал преобладающую тенденцию снижения этого параметра от центра к периферии кристаллов (рисунок 1, б), что свидетельствует о более низкотемпературном характере периферических зон. Обратный характер смены этих параметров в отдельных кристаллах (обр.1-171-6, 1-171-30) при анализе на диаграмме Тейлора (рисунок 1, а) свидетельствует о продолжении формирования периферической зоны в изотермических условиях, на что указывает совпадение линии, соединяющий значения этих параметров для центральной и периферической части кристаллов, с соответствующей изотермой.

Анализ распределения кристаллов уральских алмазов по содержанию азота (рисунок 2, а) показал, что они характеризуются преобладанием кристаллов с высоким, более 500 ррт (96% образцов) содержанием азота с проявленным максимумом в области 800 ррт.

Уральские алмазы характеризуются широким диапазоном степени агрегации азотных дефектов (0-92%), показывая по этому параметру близкое к нормальному распределение (рисунок 2, б) с модой 60%. Повышенная степень агрегации азотных дефектов в уральских алмазах, определенная в пластинках, выпиленных из отдельных кристаллов, отмечалась ранее В. В. Бескровановым (2000), нашла подтверждение и по результатам проведенного нами исследования более представительной коллекции алмазов этого региона.

В=100хЫВ1/(МА+ЫВ1) , %

а

Рисунок 1 - Характер изменения степени агрегации азотных дефектов от центра (•) к периферии (□) кристаллов: на диаграмме Тэйлора - (а); в порядке ее возрастания в центре кристаллов - (б)

г 35

^ 40 о

| 35

(Ц

™ 30

Ф

о-25

о <°20 го

о 15

О

Я10 5 0

N ррт

^ 30 а)

? 25

(и

н20

СО

<0 15 о £ 10 го

Т 5 0

а б

Рисунок 2 — Гистограммы распределения кристаллов уральских алмазов по содержанию азота - (а); по степени агрегации азотных дефектов - (б)

10000 Е

CL £L

О

Z

1000

100

10

О 20 40 60 80 100

B=100xNB1/(NA+NB1), %

Рисунок 3 - Результаты определения содержания азота и степени агрегации азотных дефектов для алмазов Урала на диаграмме Тэйлора (Taylor, 1995)

Совместный анализ на диаграмме Тейлора содержания азота и степени его агрегации во всей совокупности уральских кристаллов (см. рисунок 3) показывает, что по степени агрегации азотных дефектов алмазы уральских россыпей охватывают практически весь возможный интервал, а их термическая история от начала роста их кристаллов до завершения преобразования в них азотных дефектов характеризуется значительным температурным диапазоном (1080 - 1190°С).

2. Соотношение содержания азота в виде А и В1-дефектов в алмазах уральского типа из месторождений Бразилии, западного склона Урала и Анабаро-Оленекского междуречья охватывает весь возможный для природных алмазов диапазон, что свидетельствует или о множественности типов коренных источников россыпей или о наличии коренного источника неизвестного пока типа, алмазы в котором имеют столь широкий диапазон степени агрегации азотных дефектов.

На основании проведенных исследований выполнено сопоставление кристаллов Урала, Бразилии, Анабаро-Оленекского междуречья по содержанию азота и степени агрегации азотных дефектов. Анализ характера распределения кристаллов алмаза по содержанию азота показал, что в уральской коллекции преобладают кристаллы с содержанием азота около 800 ррш при полном отсутствии малоазотных (менее 500 ррш) алмазов, в то время как коллекция

Бразилии характеризуется двумя максимумами в области 100 и 600 ррт. Алмазы Анабаро-Оленекского междуречья по концентрации азота образуют три максимума: 200 ррт, 800 ррт и 2600 ррт (рисунок 4, а). Следовательно, в отличие от уральских, бразильские месторождения содержат существенную долю кристаллов с низким содержанием азота; анабарские кристаллы схожи с бразильскими по наличию низкоазотных алмазов, с уральскими - по значительной доле алмазов со средним (порядка 800 ррт) содержанием азота, и специфичны по наличию высокоазотистых (2500-2600 ррт) алмазов.

Гистограммы распределения кристаллов по степени агрегации азотных дефектов (рисунок 4, б) показывают, что среди алмазов Урала преобладают кристаллы со средней степенью агрегации азота (50 - 60 %); для кристаллов Бразилии основной максимум близок к значению этого параметра для уральской коллекции (около 40%); алмазы Анабаро-Оленекского междуречья дают бимодальное распределение с максимумами 40 % и 80 %. В итоге можно отметить, что по величине агрегации азотных дефектов кристаллы каждой из изученных коллекций перекрывают практически весь возможный диапазон соотношения А и В1-дефектов, но статистический максимум образуют кристаллы, имеющие близкие доли азота в виде А и В1-дефектов. Следует все же подчеркнуть, что среди алмазов Анабаро-Оленекского междуречья и, особенно, Бразилии встречаются кристаллы с преобладанием, вплоть до 100%, азота в форме В1-дефектов.

5«: о ■

5 и:

В I §и|

го И|

ы

Т

ш

200 400 600 800 1000

1200 1400 1600 1800

N КЙ, ррт

2000 2200 2400

1

Т 10 20 30 40 $0 60 70 80 90 ¡00

В=100хИВ1/(ЫА+ЫВ1)

а б

Рисунок 4 - Гистограммы распределения кристаллов Урала (сплошная линия), Бразилии (точечная линия), Анабаро-Оленекского междуречья (штрих-пунктирная линия) по содержанию азота - (а), по степени агрегации азотных дефектов - (б) Концентрации и набор азотных дефектов в алмазах уральского типа из месторождений Урала, Бразилии и Анабаро-Оленекского

междуречья были сопоставлены с аналогичными характеристиками для алмазов из кимберлит-лампроитовых источников, приведенными в опубликованных источниках (рисунок 5). Как видно из диаграммы, поле алмазов уральского типа по всем изученным районам, как по содержанию азота, так и по степени его агрегации перекрывает все известные варианты, выявленные для коренных месторождений алмазов кимберлит-лампроитового типа.

Рисунок 5 - Сопоставление результатов определения содержания азота и степени агрегации азотных дефектов в алмазах уральского типа из различных регионов: • - Урал;о - Бразилия; о - Анабаро-Оленекское междуречье и коренных месторождений: 1 - Архангельская алмазоносная провинция; 2 — Мало-Ботуобинский район; 3 - Далдын-Алакитский район, 4 - кимберлитовые источники ЮАР (Каттвку, 2001); 5 - алмазы кимберлитовой трубки Жуина (Петровский, 2011)

Анализ термической истории алмазов, под которой понимается температурный интервал от начала роста кристалла до завершения термического преобразования в них азотных дефектов, проведен с использованием диаграммы Тэйлора (рисунок 6). Ее анализ показывает, что самый широкий температурный диапазон формирования алмазов (1070 - 1270°С) характерен для кристаллов Бразилии (рисунок 6, б). У алмазов из россыпей Анабаро-Оленекского междуречья диапазон температур формирования кристаллов несколько меньше (рисунок 6, в), чем в бразильских кристаллах и составляет от 1070 до 1260°С. Наиболее компактно на диаграмме Тэйлора располагаются точки,

о

20

40 60 80 100

В=100хШ1/(НА+ЫВ1), %

отражающие соотношение содержания азота и степени агрегации азотных дефектов в алмазах Урала (рисунок 6, а). Им соответствует более узкий интервал температур формирования 1080-1190°С.

о ?0 40 во 80 10) о 26 аз ¡52 ЕО !<Ю а 29 «С «й 20 К»

В=100хЫВ1/{ЫА+ЫВ1),% В=100хда1/<ИА-ИЧВ1),% В=1(ЮхКВ1/(МА+ЫВ1),%

а б в

Рисунок 6 - Результаты определения содержания азота и степени агрегации азотных дефектов на диаграммах Тэйлора, построенных для Уральских - (а), Бразильских - (б) и Анабарских - (в) коллекций алмазов. Обведена область данных, полученных для основной части алмазов Урала; стрелка - интервал температур формирования алмазов

Более высокотемпературное преобразование азотных дефектов в алмазах Анабаро-Оленекского междуречья и Бразилии подчеркивается присутствием кристаллов, содержащих только В1-дефекты, и наличием алмазов, в которых отмечается низкое содержание В2-дефектов и нарушение корреляции между В1 и В2-дефектами (рисунок 7), что является признаком их разрушения при высокотемпературном отжиге.

На основе полученных результатов исследования (см. рисунок 5) сделан вывод, что одним из объяснений особенностей выявленного распределения кристаллов алмазов уральского типа из россыпей Бразилии, Урала и Анабаро-Оленекского междуречья по содержанию азота и степени агрегации азотных дефектов может быть множественность источников, питающих данные россыпи, в качестве которых могут выступать коренные объекты кимберлит-лампроитового типа.

а70" 60

50......

403020,10

0 10 20 30 40 50

70 80 90 100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Bleu-' В1 см-1

а б В

Рисунок 7 - Соотношение дефектов В1 и В2 в алмазах Урала - (а), Бразилии - (б), Анабаро-Оленекского междуречья - (в). Черным овалом выделены области нарушения корреляции между содержанием В1 и В2-

дефектов

В этом случае необходимо предполагать совместное поступление в россыпи кристаллов из коренных объектов, в которых алмазы существенно отличаются по содержанию азота и степени агрегации азотных дефектов. Однако, вероятность нахождения в каждом конкретном и ограниченном по площади россыпном районе всего спектра кимберлит-лампроитовых тел, которые могут обеспечить характерный для алмазов рассмотренных россыпей широкий диапазон содержания и степени агрегации азотных дефектов, весьма мала. Поэтому нельзя исключать наличие специфического и еще не выявленного типа коренных источников, алмазы в которых имеют весьма широкий спектр содержания и степени агрегации азотных дефектов.

Обнаружение в последнее время алмазоносных туфов, развитых на обширных площадях на севере Сибирской платформы (Граханов, 2000; 2007) и близких к ним образований в районе Жуина (Бразилия), а также туфогенного материала на уральских объектах, который в настоящее время связывается с туффизитами, а вполне может быть связан с туфами или туффитами, дает основание для прогнозирования еще не известного типа коренного источника, для которого характерно площадное развитие алмазоносных туфогенных образований.

3. Алмаз с низкой степенью агрегации азотных дефектов, слагающий кристаллы поздней генерации из эклогитовых мантийных ксенолитов и внешние зоны большей части кристаллов из месторождений кимберлит-лампроитового типа, отсутствует или слабо развит в кристаллах уральского типа.

Онтогенические исследования В. В. Бескрованова, который впервые системно на большой и разнообразной выборке закономерно ориентированных полированных пластин, вырезанных из кристаллов алмаза, изучил их внутреннее строение, позволили рассматривать историю формирования алмаза в рамках онтогенического цикла -совокупности минералогических событий, включающей зарождение, рост и последующие изменения кристаллов (Бескрованов, 2000). В кристаллах алмаза им были выделены три основные онтогенические области: центральная, промежуточная и периферийная, которые обладали специфическими конституционными и анотомическими особенностями. В. В. Бескровановым было установлено, что для алмазов, образованных на промежуточном этапе, характерной особенностью анатомии является проявление зональности, часто с чередованием зон растворения и регенерации. В качестве важнейших признаков алмазов уральских россыпей он рассматривал кривогранные формы кристаллов, интенсивную систему В2 в ИК-поглощении и предполагал отсутствие периферийной области в сложении кристаллов.

Анализ литературных данных по особенностям проявления азотных дефектов в алмазе, слагающем периферическую онтогеническую область, свидетельствует о преобладании в ней А-дефектов при снижении содержания азота в виде В1-дефектов до 1020% (Васильев, 2007). В качестве эталона алмаза, характерного для этой области, можно рассматривать кристаллы поздней генерации из эклогитовых мантийных ксенолитов, которые также характеризуются низкой степенью агрегации азотных дефектов (Степанов, 2007; 8ре18Ш5,2012). ИК-спектроскопические исследования кристаллов, относящихся к различным генерациям из эклогитовых ксенолитов трубки Удачная, выявили существенные их различия по особенностям проявления азотных дефектов (рисунок 8).

£ 2500

а

£ 2500

а

о0 ®°с

X X

В=100хМВ1/(МА+Ш1), % В=100хМВ1/(НА+ЫВ1), %

а б

Рисунок 8 - Соотношения содержания азота и степени агрегации азотных

дефектов: о- для первой, х - для второй генераций алмаза по данным таблицы 1 из работы (Зрегвшк е1 а1„ 2012) - (а); из эклогитового ксенолита Ш 111/02 трубки Удачная (Степанов и др., 2007) - (б) Полученные нами результаты по особенностям проявления азотных дефектов в кристаллах алмаза уральского типа, выявленных для внутренних (рисунок 9, а) и внешних (рисунок 9, б) зон кристаллов из месторождений Урала, Бразилии и Анабаро-Оленекского междуречья, были сопоставлены с результатами определения этих параметров в кристаллах двух генераций из эклогитовых ксенолитов трубки Удачная, поздняя генерация которых рассматривается в качестве эталона для алмаза, слагающего периферическую онтогеническую область. Из анализа этих диаграмм становится очевидным, что принципиальным отличием всей совокупности кристаллов уральского типа является отсутствие в них кристаллов или отдельных зон, сложенных алмазом, соответствующим по параметрам азотных дефектов периферийной онтогенической области. Следовательно, этой области или не было вообще, или она была в существенной мере растворена на завершающей стадии их онтогенеза.

Параметры проявления азотных дефектов в кристаллах первой генерации из эклогитов ложатся в область, характерную и для алмазов уральского типа, что подтверждает сделанное В. В. Бескровановым предположение о преобладании промежуточной онтогенической области во внутреннем строении уральских алмазов.

£ 2500

/

I* . /:

5*. V - .

Ц .^.; /V •

-

® в ® & «ад

1

В=100хЫВ1(ЫА+ЫВ1), %

40 60 80 100

В=100хЫВ1(ЫА+ЫВ1), %

Рисунок 9 - Сопоставление параметров азотных дефектов в алмазах 1 -й (-*-) и 2-й (х) генераций из мантийного эклогитового ксенолита (Степанов

и др., 2007 ) и внутренних - (а) и внешних - (б) зон алмазов изученных россыпей: • - Урала; о - Бразилии; о - Анабаро-Оленекского междуречья

10000 г „ г I

в 0

0 20 40 60 80 100

В=100хЫВ1/(МА+ЫВ1), %

Рисунок 10 - Сопоставление параметров проявления азотных дефектов алмазов различных россыпных регионов: • - Урал; о - Бразилия; о - Анабаро-Оленекское междуречье и коренных источников: 1 -Архангельская провинция; 2 - Мало-Ботуобинский район; 3 - Далдыно-Алакитский район (Кагшшку гХ а!., 2011); 4 - алмазов первой генерации;

5 - алмазов второй генерации из эклогитового ксенолита (Степанов и др., 2007); 6 - алмазов первой генерации; 7 - алмазов второй генерации из эклогитового ксенолита (БрйэшБ а! а1., 2012) 17

Сопоставление алмазов уральского типа с кристаллами из кимберлитовых тел, для которых периферийная зона характерна (см. рисунок 10), позволяет предположить, что эта зона в какой-то степени все же была проявлена в алмазах уральского типа, но на завершающем этапе их формирования была в существенной мере растворена. Неоднократное проявление процессов растворения и регенерации этих алмазов отчетливо отражаются в их анатомии (Бескрованов, 2000) и морфологии (Ракин, 2013).

Исследования, проведенные на более разнообразном материале по алмазам уральского типа, охватывающем россыпные месторождения Урала, Бразилии и Анабаро-Оленекского междуречья, подтвердили сделанное ранее предположение о преобладании среди них кристаллов, в которых слабо проявлена или отсутствует периферическая октаэдрическая зона, которая является основной на ряде месторождений в кимберлитах, где слагает наиболее высококачественную часть кристаллов алмаза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой выявлены закономерности проявления азотных дефектов в кристаллах алмаза уральского типа из различных регионов и дана их генетическая интерпретация.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Алмазы, выделенные в уральский тип по морфологическим особенностям и связанные преимущественно с россыпями, для которых не выявлены коренные источники, близки и по особенностям проявления в них азотных дефектов.

2. Алмазы из месторождений Бразилии, западного склона Урала и Анабаро-Оленекского междуречья имеют неоднородное внутреннее строение с заметными различиями внешних и внутренних зон по содержанию азота, степени агрегации азотных дефектов и преобладающей тенденцией понижения доли дефектов В1 в периферической части кристаллов.

3. Алмазы уральского типа имеют широкий диапазон содержания азота в виде А и В1-дефектов, но алмазы из месторождений западного склона Урала характеризуются преобладанием кристаллов с высоким (более 500 ррт - 96% образцов) содержанием азота.

4. Алмазы уральского типа имеют широкий температурный диапазон формирования, под которым понимается вся термическая история кристалла от начала их роста до завершения преобразования азотных дефектов, причем наиболее широкий температурный диапазон характерен для кристаллов Бразилии, а наименьший для кристаллов уральских россыпей.

5. Среди алмазов Бразилии и Анабаро-Оленекского междуречья выявлены кристаллы с признаками длительного высокотемпературного отжига, приводящего к распаду В2-дефектов, которые отсутствуют в выборке алмазов Урала.

6. Для алмазов из всех изученных регионов характерен широкий диапазон соотношения примеси азота, находящейся в форме А и В1-дефектов, перекрывающий и выходящий за пределы диапазона значений этого параметра, установленного для кристаллов из коренных месторождений кимберлит-лампроитового типа. Данная особенность кристаллов алмазов уральского типа различных регионов дает основание предполагать множественность типов коренных источников россыпей или наличие ранее не известного типа россыпеобразующих коренных объектов. Обнаружение в последнее время алмазоносных туфов, развитых на обширных площадях на севере Сибирской платформы и близких к ним образований в районе Жуина (Бразилия), а также туфогенного материала на уральских объектах, который в настоящее время связывается с туффизитами, а вполне может быть связан и с туфами или туффитами, дает основание для прогнозирования еще не известного типа коренного источника. На настоящий момент широкое площадное распространение алмазоносных туфов Бразилии и северо-востока Сибирской платформы еще не нашло удовлетворительного объяснения и их дальнейшее изучение может пролить свет на процессы их формирования.

7. Важной особенностью алмазов уральского типа является незначительное проявление периферийной онтогенической области, сложенной пирамидами роста октаэдра, которая характеризуется наличием структурной примеси азота преимущественно в виде А-дефектов. При разработке геолого-генетических моделей коренных месторождений с алмазами уральского типа должны учитываться присущие им онтогенические особенности, характеризующиеся чередованием зон растворения и регенерации кристаллов и завершением онтогенического цикла процессом растворения.

19

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Нефедов, Ю. В. Исследование уральских алмазов методом инфракрасной спектрометрии / Ю. В. Нефедов // Записки Горного института. - 2012. - Т. 196 - С. 18-22.

2. Нефедов, Ю. В. Исследование кристаллов алмазов Анабаро-Оленекского междуречья методом ИК-спектроскопии и фотолюминесценции / Ю. В. Нефедов, О. П. Матвеева, Е. А. Васильев, И. В. Клепиков, Г. Ф. Анастасенко // Естественные и технические науки. Науки о Земле на современном этапе - 2013. - С. 16-23.

3. Васильев, Е. А. Сравнительный анализ алмазов Анабара, Бразилии и Урала методом инфракрасной спектрометрии / Е. А. Васильев, А. В. Козлов, Ю. В. Нефедов, В. А. Петровский // Записки Горного института. - 2013. -Т. 200 - С. 167-171.

4. Нефедов, Ю. В. Исследование бразильских алмазов методом ИК-спектроскопии / Ю. В. Нефедов // Сборник материалов XVI Международного симпозиума «Проблемы геологии и освоения недр» -Томск. - 2012. - С. 140-141.

5. Nefedov, Y. V. Analysis of Uralian diamonds by infrared spectrometry method [Electronic resource] / Y. V. Nefedov // Session of mining science works. Report abstracts. - Krakow. -2011.-1 CD-ROM.

6. Nefedov, Y. V. Structural features of Uralian, Anabar and Brazilian diamonds detected by FTIR / Y. V. Nefedov, E. A. Vasiliev, A. V. Kozlov, V. A. Petrovskij // Scientific reports on resource issues -Freiberg.-2013,-V. l.-P. 29-35.

7. Klepikov, I. V. Analysis of the defective and impurity centers instructure of diamonds from alluvial deposits of the north east of the Siberian platform by infrared spectrometry, electronic paramagnetic resonance and photoluminescence method /1. V. Klepikov, Y. V Nefedov, // International Gemological Congress IGE 2014. Extended abstracts ' -Madrid.-2014.-P. 31-37.

8. Клепиков, И. В. Исследование алмазов из аллювиальных отложений северо-востока Сибирской платформы методом инфракрасной спектрометрии / И. В. Клепиков, Ю. В. Нефедов, Г. Ф. Анастасенко // Конференция студенческого научного общества геологического факультета СПбГУ. - 2013. - С. 47-50.

РИЦ Горного университета. 23.04.2014. 3.341. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2