Изучение алмаза продолжается на протяжении более 100 лет. За это время сделаны многие значимые открытия, получены принципиальные результаты по морфологии, физическим свойствам алмаза, составу включений в этом минерале, содержанию дефектов, изотопному составу и т. д. Эти и другие вопросы рассмотрены в многочисленных публикациях отечественных и зарубежных ученых (Орлов, 1963; Бартошинский, 1983; Соболев, 1974, 1986, 1989; Галимов, 1978, 1984, 1991; Гаранин, 1989; Джейке, 1989; Бескрованов,. 1991; Марфунин и др., 1991; Буланова и др., 1993;* Квасница и др., 1999; Богатиков и др., 1999; Ваганов, 2002; Кудрявцева и др., 2005; Foley, 1985; O’Neill, 1987; Deines et alM 1987; Kirkley et al., 1991; Cartigny, 2001; Chapman, 2004; Navon, 2006 и др.).
С практической точки зрения алмаз — не только красивый элемент ювелирных изделий, но и инвестиционно-экономическая единица, ценный технический материал. С научной точки зрения алмаз чрезвычайно информативен и интересен для изучения как глубинных (мантийных), так и малоглубинных процессов. Несмотря-на продолжительную историю изучения этого минерала, многие вопросы, касающиеся источников вещества, условий образования, типоморфизма алмаза, остаются невыясненными.
К настоящему времени алмазы найдены на всех континентах Земли. Коренные источники алмаза, в основном, приурочены к кратонам древних платформ — Индийской, Китайской, Сибирской, Восточно-Европейской, Африканской, Южнои Северо-Американской, Австралийской. С 1966 г., когда был найден первый алмаз, страны Африки (ЮАР, Заир, Ботсвана и др.) являются основным регионом по запасам и алмазодобыче (85% алмазов общемировой добычи). В начале восьмидесятых годов алмазы ювелирного качества были найдены в лампроитах Австралии, страна занимает второе место по алмазодобыче. Перспективной является Канада. Для любой из стран одной из основополагающих сфер экономического, политического и стратегического развития является накопление резервов, в том числе, за счет открытия новых алмазоносных трубок, месторождений и целых провинций. Россия также занимает ведущее место в Мире по разведанным запасам алмаза и прогнозным ресурсам. На территории России выделено две алмазоносные провинции — Якутская (ЯАП, Сибирская платформа) и Архангельская (ААП,.
Восточно-Европейская платформа). В Якутии выделено 8 алмазоносных районов, объединяющих 22 кимберлитовых поля, в состав которых входит более 1200 кимберлитовых тел. Наиболее значимые среди нихпромышленные месторождения-трубки Мир, Удачная, Интернациональная, Айхал, Юбилейная, Сытыканская, Комсомольская и другие. На сегодняшний день многие алмазные месторождения Якутской провинции близки к исчерпанию.
Открытая в 1980 году Архангельская алмазоносная провинция является перспективной для обнаружения новых месторождений алмаза и разработки уже существующих. Обнаружение алмазоносных объектов в европейской части России дало мощный толчок в изучении кимберлитов, родственных им пород и самих алмазов на территории Архангельской алмазоносной провинции (далее ААП). Этому посвящены следующие работы: Соболев и др., 1989; Захарченко и др., 1990; Махин, 1991; Бартошинский, 1992; Галимов, 1994; Побережская, 1995; Саблуков, 1995; Минеева и др., 1996; Богатиков и др., 1999; Вержак, 2001; Веричев, 2002; Головин, 2003; Кудрявцева и др., 2005. За последние 25 лет на территории ААП с наибольшим вниманием изучались кимберлитовые трубки месторождения им. М. В. Ломоносова (Золотицкое поле), которые относятся^ среднеалмазоноснымтрубка Архангельская запущена в эксплуатацию с 2005 года. За 2,5 года переработано более 2 млн. тонн руды. В 1996 году в Верхотинском поле ААП была открыта кимберлитовая трубка им. В. Гриба, которая также является среднеалмазоносной, но ее алмазный потенциал выше трубок месторождения им. М. В. Ломоносова. Сегодня готовится ТЭО на разработку этого месторождения.
Актуальность темы
исследований.
К настоящему времени исследователями из разных стран мира определен весьма широкий набор типоморфных особенностей алмазаморфология, внутреннее строение, фотолюминесценция, спектры ЭПР, изотопный состав углерода, рентгенолюминесцентные особенности, распределение примесных оптически-активных центров, минералогия и химический состав включений в алмазах и др. Типоморфные особенности алмаза являются индивидуальными для каждого кимберлитового тела и заключают в себе важную генетическую информацию. Они могут использоваться в разработках научно-методических основ комплексного криминалистического исследования, что является актуальным для устранения действий по незаконному обороту алмазов в мире. Параллельно с оценкой сортности алмазов типоморфные особенности позволяют получать представления о качестве алмазного сырья, как на стадии поисков, так и геолого-экономической оценки месторождений. «Результаты комплексного исследования алмазов-известных на сегодня кимберлитовых трубок и полей в целом, определение их типоморфных особенностей, исключительно важно для решения целого ряда задач на разных стадиях геологоразведочных работ, а также для поисков коренных источников алмазов.
Таким образом, сегодня весьма актуальным является комплексное изучение типоморфных особенностей кристаллов алмаза из месторождения-трубки им. В. Гриба, а также более детальное исследование алмаза из трубки им. Карпинского-1 (месторождение им. М.В. Ломоносова). Данное направление исследований чрезвычайно важно для понимания генезиса алмаза в Архангельской провинции.
Цели и задачи исследований.
Цели:
1. Детальная характеристика алмаза из малоизученной кимберлитовой трубки им. В. Гриба (морфология, физические свойства, внутреннее строение, содержание дефектов, состав минеральных включений в алмазе, изотопный состав углерода и др.).
2. Сопоставление типоморфных особенностей алмаза из кимберлитовых трубок им. В. Гриба и им. Карпинского-1 для выявления специфики их генезиса (источники вещества, условия кристаллизации, окислительно-восстановительный и температурный режим, тип парагенезиса алмаза и др.).
Конкретные задачи:
1. Базируясь на представительных коллекциях, изучить комплексом методов кристаллы алмаза из трубок им. В. Гриба и им. Карпинского-1 — двух типичных представителей разных по петрохимическим и минералогическим параметрам месторождений ААП. Для этого:
— провести подробное морфологическое описание кристаллов алмаза (форма, размер, цвет, микроморфология поверхности, внутреннее строение, деформации, характер включений и др.);
— исследовать наиболее информативные физические свойства и другие важные особенности алмазов (фотолюминесценция, катодолюминесценция, распределение примесных центров, изотопный состав углерода, состав включений и др.).
2. Определить основные типоморфные признаки кристаллов алмаза из каждой трубки и сопоставить их.
Фактический материал и объем проведенных исследований.
Всего изучено 1642 образца, из них 173 кристалла были распилены для проведения детальных исследований внутреннего строения и анализа включений. Коллекции специально подобраны для решения конкретных научно-практических задач минералогического, генетического и поискового плана.
Из месторождения-трубки им. В. Гриба изучено: 700 кристаллов алмаза размером более 0.5 мм, предоставленных ОАО.
АРХАНГЕЛЬСКГЕОЛДОБЫЧА" — 17 кристаллов размером менее 0.1 мм, извлеченных при дроблении кимберлита из трубки им. В. Гриба методом электроимпульсной дезинтеграции (Лаборатория месторождений алмаза геологического ф-та МГУ им. М.В. Ломоносова) — 113 плоскопараллельных пластинок и распиленных кристаллов алмаза, вырезанных по плоскостям (111), (101), (100) и распиленных через включения в алмазе (организация «Алмазный мир» АК «АПРОСА-Москва»).
Из трубки им. Карпинского-1 изучено: 802 кристалла алмаза размером более 0.5 мм и 123 мелких алмаза размером от 0.5 до <0.2 мм, предоставленные ОАО «СЕВЕРАПМАЗ" — 60 плоскопараллельных пластинок и пришлифованных половинок кристаллов, изготовленных при распиливании алмазов по плоскостям (111), (100), (101) и через включения (организация «Алмазный мир» АК «АПРОСА-Москва»).
Комплексное исследование алмазов включало детальное изучение следующих характеристик кристаллов: морфология, внутреннее строение, люминесцентное свечение, содержание примесных дефектов азота, водорода и плейтелетс, содержание примесей редких элементов в алмазе, изотопный состав углерода алмазов, химический состав включений в алмазе. Исследования проведены комплексом неразрушающих и разрушающих методов. Неразрушающие: визуальное описание под бинокулярным микроскопом МБС-10, универсальным оптическим поляризационным микроскопом AxioPlan2 Imaging (Karl Zeiss) и растровым электронным микроскопом JSM-820 фирмы «JEOL» (Япония). Методами фотолюминесценции (ФЛ) и цветной катодолюминесценции (ЦКЛ) изучены особенности люминесцентного свечения кристаллов, а также их внутреннее строение и распределение центров люминесценции по зонам роста. Определение минералов-включений в алмазе проведено методом комбинационного рассеяния (KP). Определение количественного химического состава минералов-включений и картин распределения химических элементов выполнены на микроанализаторе SX-1 фирмы «САМЕСА» (Франция) и растровом электронном микроскопе JSM-820, снабженном энергодисперсионным полупроводниковым детектором AN-85/10 S фирмы «LINK» (Великобритания) с компьютерной системой для обработки анализов. Изучение ИК-спекгров алмазов проводилось на спектрофотометре Specord М-80 фирмы «Karl Zeiss, Jena» (Германия). На этом же приборе методом локальной ИК-спекгроскопии получены содержания примесных дефектов азота, водорода и плейтелетс с зон кристаллов алмаза размером 0.1−0.3 мм, выделенных при помощи диафрагмы по картинам ЦКЛ. Проведены исследования методами: электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), нейтронно-акгивационного анализа (НАА). Разрушающие: изотопный анализ углерода получен с помощью изотопного масс-спектрометра «Delta Plus» (Finnigan, Япония).
Достоверность результатов исследований подтверждается представительностью аналитического материала:
— минералогическое и морфологическое описание 1642 алмазов;
— около 300 оптических и более 200 электронных растровых фотографий кристаллов и их поверхности;
— более 120 изображений внутреннего строения кристаллов, выполненные на растровом электронном микроскопе в режиме цветной катодолюминесценции;
— более 40 спектров фотолюминесценции;
— 10 спектров комбинационного рассеяния минералов-включений;
— более 100 элекгронно-зондовых анализов минералов-включений;
— более 500 ИК-спектров и более 1000 определений содержания дефектов азота, водорода и плейтелетс- '.
— 62 анализа изотопного состава углерода в алмазах;
— 15 анализов ЭПР-спектров;
— 33 анализа редких элементов в алмазе методом нейтронной активации.
Подготовка образцов проводилась в соответствии с требованиями каждого определенного метода исследований. При обработке результатов аналитических исследований, построении диаграмм, гистограмм и рисунков были использованы оригинальные и стандартные компьютерные программы.
Научная новизна и практическая значимость работы.
Впервые проведено комплексное изучение кристаллов алмаза из недавно открытой кимберлитовой трубки им. В. Гриба: получены новые данные по их морфологии, физическим свойствам и внутреннему строению.
Впервые подробно изучено внутреннее строение кристаллов алмаза из трубки им. Карпинского-1 и распределение дефектов азота, водорода и плейтелетс по зонам роста. Дополнены исследования морфологии и физических свойств алмазов из трубки им. Карпинского-1 широким спектром методов исследования.
Выявлена дискретность процесса кристаллизации алмаза в трубках.
Практическая значимость исследований заключается: в установлении отличительных признаков алмаза кимберлитовой трубки им. В. Гриба и им. Карпинского-1 ААПв изучении возможности восстановления условий генезиса алмаза, используя совокупность его свойств и характеристикв использовании полученных результатов исследований для поиска алмазных месторождений в европейской части Россиив создании электронной базы данных, состоящей из таблиц минералогического описания кристаллов, приложения с результатами исследований, фотокаталога кристаллов' алмаза с пояснением к каждой фотографии.
Защищаемые положения:
1. Условия роста кристаллов алмаза из трубок им. В. Гриба и им. Карпинского-1 были различны и менялись в процессе кристаллизации, что отразилось на морфологических особенностях кристаллов (размер, форма, характер поверхности), сохранности, физических свойствах (цвет, выявленная по фотолюминесценции зональность), их внутреннем строении (смена нормального механизма роста на тангенциальный) и неоднородном распределении структурных дефектов (азота, водорода, плейтелетс). В трубке им. Карпинского-1 неоднородность внутреннего строения кристаллов алмаза проявлена более контрастно,' что обусловлено неоднократной сменой условий кристаллизации. В трубке им. В. Гриба кристаллы более однородны по внутреннему строению.
2. Алмаз в трубках им. В. Гриба и им. Карпинского-1 представлен по меньшей мере двумя генерациями, что свидетельствует о дискретности алмазообразования. Многие кристаллы имеют сложное строение: состоят из алмаза-зародыша первой генерациии автоэпитаксически наросшего алмаза второй генерации, часто различающихся по форме, внутреннему строению, содержанию дефектов и изотопному составу углерода.
3. Состав минеральных включений в кристаллах алмаза свидетельствует о разном субстрате их роста: преимущественно перидотитовом под трубкой им. В. Гриба и перидотит-эклогитовом под трубкой им. Карпинского-1, что сопровождается различием изотопного состава углерода в них.
Апробация работы Материалы по теме диссертации опубликованы в 8 статьях и тезисах.
8 докладов, в том числе доложены на Годичной сессии Московского отделения.
Минералогического общества России «120 лет со дня рождения академика А.Е.
Ферсмана" (Москва, 2003) — 32nd International Geological Congress (Италия, 2004);
Алмазодобывающая промышленность России": к 50-летнему юбилею г.
Мирный (Мирный, 2005) — VIII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2007) — XV Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (Черноголовка, 2007) — XVII Симпозиуме по геохимии изотопов (Москва, 2007). Результаты исследований внедрены в практику работ производственно-геологических организаций г. Архангельска: ОАО «Архангельскгеолдобыча», ЗАО «Архангельскгеолразведка», ОАО «Севералмаз», АК «АЛРОСА-Поморье». Семь статей опубликованы в реферируемых журналах. Материалы диссертации использованы при написании монографии «Атлас: морфогенез алмаза и минералов-спутников в кимберлитах и родственных породах Архангельской алмазоносной провинции» (авторы: Кудрявцева Г. П., Посухова Т. В., Гаранин В. К. и др. Изд-во «Полярный круг». Москва. 2005).
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Включает 349 страниц текста, 150 рисунков и 31 таблицу, а также список литературы из 161 публикации отечественных и зарубежных авторов. В Приложении находятся фотографии некоторых изученных кристаллов алмаза, фотографии микроморфологии их поверхности, таблицы содержания примесных дефектов азота, водорода и. плейтелетс, фотографии и спектры фотолюминесценции, ЭПР-спектры, фотографии включений в алмазе, картины внутреннего строения кристаллов и другое.
Основные выводы, конкретизирующие защищаемые положения и отражающие научную новизну и практическую значимость работы, заключаются в следующем:
I. В научном плане:
1. Изучены типоморфные особенности кристаллов из трубок им. В. Гриба и им. Карпинского-1: морфология, внутреннее строение и некоторые физические свойства алмаза, которые имеют огромное значение для понимания генезиса алмаза и прогнозирования его месторождений, а также создания баз данных по паспортизации тел ААП.
2. По результатам комплексного изучения сделаны обобщающие выводы об особенностях генезиса алмаза в трубках.
3. Установлена дискретность процесса кристаллизации алмаза в трубках и присутствие не менее двух генераций кристаллов.
4. Проведено сравнение характеристик алмазов изученных трубок ААП с кристаллами из некоторых важнейших алмазоносных трубок Якутии.
II. В методическом плане:
1. Применен комплексный подход к изучению алмаза из кимберлитовых трубок Архангельской алмазоносной провинции в сочетании традиционных и современных локальных методов изучения природного вещества, что помогает получить более полную картину генезиса алмаза и дает возможность эффективного использования полученных результатов в практических целях.
III. В прикладном и практических аспектах:
1. Результаты исследований могут и широко используются в практических целях: при шлихо-минералогических методах поисков алмазов, прогнозировании алмазоносности тел и оценке качества алмазного сырья как на территории ААП, так и в других районах России.
2. Полученные результаты могут являться методической базой для криминалистического исследования и предотвращения незаконного оборота природных алмазов.
3. Создана обширная электронная база, содержащая информацию о различных характеристиках кристаллов алмаза из кимберлитовых трубок им. В. Гриба и им. Карпинского-1.
Несмотря на достаточно большой объем фактического материала, полученного с применением широкого комплекса традиционных и специальных методов изучения минерального вещества, при интерпретации возникает целый ряд неразрешенных вопросов. Многие вопросы генезиса алмаза до сих пор остаются нераскрытыми, что является стимулом для изучения алмаза на новом уровне минералогического и технологического развития. Автор отдает себе отчет в целесообразности продолжения исследований алмаза и более глубокого анализа условий и процесса алмазообразования. Наиболее перспективными направлениями представляются следующие:
1. Более подробное изучение связей «типоморфные особенностигенезис» и интерпретация результатов этих исследований в генетическом и прикладном аспектах.
2. Дополнительное изучение изотопного состава углерода, азота и серы, в том числе и на локальном уровне для определения мантийного источника этих элементов и лучшего понимания процессов фракционирования их изотопов в мантии под ААП;
3. Более подробное изучение состава включений для определения типа парагенезиса алмаза, минерального состава алмазоносной мантии, а также восстановления РТ-параметров алмазообразования.
4. Нейтронно-акгивационный анализ для изучения вопросов вхождения микропримесей в алмаз и лучшего понимания геохимии среды кристаллизации алмаза;
5. Изучение флюидных включений для определения состава флюида, способствующего как кристаллизации алмаза, так и его растворению;
6. Детальное изучение распределения дефектов по зонам кристаллов алмаза методом локальной ИК-спектроскопии для восстановления режима и условий его кристаллизации;
7. Сопоставление полученных данных с характеристиками кристаллов алмаза из других тел ААП, Якутии и мира.
Автор работы полагает, что выполненные исследования внесут определенный вклад в изучение алмаза ААП, а также поставят ряд задач для научных и прикладных исследований в ближайшем будущем.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Основополагающим для экономического, политического и стратегического потенциала России является открытие новых алмазоносных трубок, месторождений и целых провинций/ Результаты изучения пород тел Архангельской алмазоносной провинции и кристаллов алмаза показывают широкие перспективы освоения провинции. Развитие ААП будет проходить в двух направлениях: поиск новых месторождений и эксплуатация уже разведанных. Поэтому исключительно важным является подробное комплексное исследование алмаза.
