CC BY
0
УДК 553.08
doi: 10.55959/MSU0579-9406-4-2023-63-6-77-86
АЛМАЗЫ ТРУБКИ ПИОНЕРСКАЯ — МОРФОЛОГИЯ, СПЕКТРОСКОПИЯ, ПЕРСПЕКТИВЫ
Галина Юрьевна Криулина1Н, Сергей Васильевич Вяткин2, Леонид Даниилович Бардухинов , Елена Михайловна Седых4, Михаил Борисович Копчиков5, Виктор Константинович Гаранин6
1 Московский государственный университет имени имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия; g9671844057@gmail.comH
2 Московский государственный университет имени имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия; vyt_box@mail.ru
3 ВГРЭ АК «АЛРОСА» ПАО, Мирный, Россия; BardukhinovLD@alrosa.ru
4 ВГРЭ АК «АЛРОСА» ПАО, Мирный, Россия; SedykhEIM@alrosa.ru
5 Московский государственный университет имени имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия; msu@kopchikov.ru
6 Минералогический музей имени А.Е. Ферсмана РАН, Москва, Россия; vgaranin@mail.ru
Аннотация. Алмазы трубки Пионерская, по сравнению с аналогичными минералами трубок Архангельская и им. Карпинского-1, сформировались при более высоких температурах, а также более длительное время находились в таких условиях (испытали высокотемпературный отжиг). Трубка Пионерская имеет несколько меньшую продуктивность, однако более высокое качество алмазов, особенно в крупных размерных классах, также для нее выше доля октаэдров и высокопрозрачных кристаллов, не подверженных акцессорному травлению.
Ключевые слова: алмаз, трубка Пионерская, Архангельская алмазоносная провинция, ИК-спектроскопия, минералогия алмаза
Для цитирования: Криулина Г.Ю., Вяткин С.В., Бардухинов Л.Д., Седых Е.М., Копчиков М.Б., Гаранин В.К. Алмазы трубки Пионерская — морфология, спектроскопия, перспективы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2023. № 6. С. 77-86.
DIAMONDS OF THE PIONERSKAYA PIPE — MORPHOLOGY, SPECTROSCOPY, PROSPECTS
Galina Yu. Kriulina^, Sergey V. Vyatkin, Leonid D. Bardukhinov, Elena M. Sedykh, Mikhail B. Kopchikov, Viktor K. Garanin
1 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; g9671844057@gmail.comH
2 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; vyt_box@mail.ru
3 PJSC ALROSA, Mirnyi, Russia; BardukhinovLD@alrosa.ru
4 PJSC ALROSA, Mirnyi, Russia; SedykhEIM@alrosa.ru
5 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; msu@kopchikov.ru
6 Fersman Mineralogical Museum RAS, Moscow, Russia; vgaranin@mail.ru
Abstract. Diamonds of the Pioneer pipe, compared with the Arkhangelsk and Karpinsky-1 pipes, formed at higher temperatures, as well as were in such conditions for a longer time (experienced high-temperature annealing). Pionerskaya pipe has slightly lower productivity, but higher quality of diamonds, especially in large size classes, it also has a higher proportion of octahedra and highly transparent crystals that are not subject to accessory etching.
Keywords: diamond, Pionerskaya pipe, Arkhangelsk diamondiferous province, IR spectroscopy, diamond mineralogy
For citation: Kriulina G.Yu., Vyatkin S.V., Bardukhinov L.D., Sedykh E.M., Kopchikov M.B., Garanin V.K. Diamonds of the Pionerskaya pipe — morphology, spectroscopy, prospects. Moscow University Geol. Bull. 2023; 6: 77-86. (In Russ.).
Введение. В составе месторождения имени М.В. Ломоносова Архангельской алмазоносной провинции выделяются две группы трубок. Северная группа включает в себя трубки им. Ломоносова, Поморскую, Пионерскую и им. Карпинского-2. В Южную группу входят трубки Архангельская и им. Карпинского-1. Наиболее значительным по размерам алмазоносным телом среди них является трубка Пионерская (площадь поверхности 36,9 га), однако она пока не вовлечена в промышленную отработку.
На сегодняшний день активно разрабатываются трубки Архангельская и им. Карпинского-1, начато освоение одной из трубок Северной группы — им. Карпинского-2.
Экономическая целесообразность промышленной разработки алмазоносного месторождения оценивается по многим критериям, важнейшим из которых является адекватная оценка запасов — как по количеству, так по качеству сырья. При этом наибольшие проблемы, как правило, возникают
Рис. 1. Форма в плане и внутреннее строение кимберлитовой т]
с определением реальной алмазоносности и прогнозом ее изменения с глубиной. В отличие от подавляющего большинства месторождений других видов полезных ископаемых, алмазоносные трубки отличаются очень низким содержанием полезного компонента — собственно алмазов, измеряемым обычно в каратах на тонну руды. Кроме того, ценность алмазного сырья сильно варьирует, она зависит от качества и непропорционально резко возрастает с увеличением размера кристаллов. Алмазы размерами <1,2 мм извлекать в процессе промышленной добычи малорентабельно, кристаллы всех размерно-весовых групп обычно извлекаются лишь в целях разведки и исследования месторождений. Основной вклад в окупаемость разработки трубки обычно вносят алмазы размерных групп -4+2 мм и выше. В то же время вероятность попадания крупных кристаллов в керн разведочных скважин низка, поэтому полученные при керновом опробовании результаты могут не отражать реальной статистики их содержания. Эти обстоятельства обуславливают высокую стоимость работ при разведке и оценке запасов месторождения, определяемую необходимостью выемки и обогатительной переработки значительных объемов породы.
После открытия трубки Пионерская в 1983 г. и первичных геологоразведочных работ, геологическое опробование скважинами проводилось в два этапа: в 2011-2014 и 2019-2021 гг. В результате работ в период 2011-2014 гг. (далее — 2014 г.) в сравнении с данными 1980-х и начала 1990-х годов установлена более высокая алмазоносность практически всех основных типов руд трубки Пионерская и существенно более высокая стоимость алмазного сырья. Это обусловило необходимость выполнения в 2019-2022 гг. (далее — 2021 г.) дополнительных разведочных работ по уточнению стоимостных параметров алмазов и их прогноза на глубину ее промышленной разработки. В ходе этих работ было выполнено бурение 5 скважин диаметром 279 мм, глубиной от 363 до 425 м и общей протяженностью 2045 п.м. Скважины были пробурены по породам туфогенной пачки и автолитовым брекчиям Северного рудного столба (правая часть разреза на рис. 1).
Условные обозначения
Кратерная фация
|ки Пионерская по [Garanin et al., 2021]
Данная работа посвящена описанию морфологических и спектроскопических свойств алмазов трубки Пионерская, а также, с целью оценки перспектив разработки трубки проведено сравнение полученных данных с характеристиками алмазов, промышленно добываемых на соседних трубках Архангельская и им. Карпинского-1.
Материалы и методы исследований. Для определения размерно-весовых характеристик кристаллов использованы данные, полученные для максимальной по количеству кристаллов выборки 2021 г. (более 5,5 тыс. шт.); а также данные о гранулометрии выборки кристаллов 2014 г. добычи (более 4,8 тыс. шт.). В дальнейших исследованиях, особенно спектроскопических, были использованы меньшие по количеству выборки кристаллов, подобранные по статистически представительным минералогическим группам. При этом там, где объединение выборок могло исказить результат, распределения алмазов по свойствам производились по группам аналогичных классов крупности. Кроме того, были введены дополнительные ограничения. Распределения по размерно-весовым группам, используемые для выявления преобладающих в трубке классов, производились без учета механических осколков и обломков; распределения по габитусу рассчитаны без учета кристаллов неопределенной формы; полученные значения спектроскопических параметров несколько скорректированы в сторону увеличения доли прозрачных и просвечивающих кристаллов, пригодных для инфракрасной, фотолюминесцентной спектроскопии.
Минералогическое описание алмазов сделано под бинокуляром «Motic» SMZ-143 с УФ осветителем-боксом (365 нм). ИК-спектроскопические исследования алмазов проводились на ИК-Фурье спектрометре Bruker VERTEX 70 в комплексе с ИК-микроскопом Hyperion 2000. Нормирование спектров осуществлялось по поглощению в двух-фононной области [Бокий и др, 1986, Zaitsev, 2001], определялись концентрации С-, А-, В1-, В2-дефектов алмазов. Спектры ФЛ регистрировались на спектрометре In Via (Renishaw) с возбуждением лазерами 488 и 785 нм c х5 объективом при температуре 77 К.
Рис. 2. Распределение по весовым разрядам (мг, в % по количеству) алмазов 2014 и 2021 гг. добычи для трубки Пионерская: из туфогенных пород кратера (а), и из автолитовых брекчий жерловой фации (б). N — количество алмазов в выборке, штук. Рассчитано без учета техногенных осколков
Систематика структурных дефектов дана согласно ^сЫег, 2013; Zaitsev, 2001].
Результаты исследований. Распределение по весовым разрядам алмазов трубки Пионерская, извлеченных из туфогенных пород кратера и из автолитовых брекчий жерловой фации приведено на рис. 2. Для алмазов, добытых в 2014 и 2021 г., оно является весьма сходным. И в первом и во втором случае более 70% (суммарно разряды <1,00 мг и от 1,01 до 2,00 мг) составляют кристаллы массой до 2 мг; более 90% (суммарно) составляют кристаллы массой до 8 мг; кристаллы массой от 8 до 32 мг составляют лишь около 8%; и менее 2% приходится на кристаллы массой более 32 мг.
Напротив, существуют различия в гранулометрических характеристиках алмазов по фациям внедрения кимберлита (рис. 3, а). Так, для алмазов из автолитовых брекчий жерловой фации, по сравнению с алмазами туфогенных пород кратера, увеличивается доля кристаллов класса -2+1 мм с 20,2%
до 23,9% (по количеству), а также доля кристаллов класса -4+2 мм с 2,9% до 3,6% (по количеству). Следует отметить, что по массе кристаллов это основные размерные классы для алмазов трубки (рис. 3, б).
Основные минералогические характеристики алмазов трубки Пионерская — габитус, характер образования, окраска, свечение в УФ лучах, спектроскопические параметры — рассмотрены в данной работе при их разделении по фациям.
По морфологическим признакам алмазы трубки Пионерская (рис. 4) имеют сходное распределение для кристаллов туфогенных пород кратера и ав-толитовых брекчий жерловой фации. Суммарно по всем размерно-весовым группам преобладают додекаэдроиды (в кратерной фации — 56%, в жерловой — 55%), большинство из которых тонкослоистые, с занозистой, сноповидно-занозистой штриховкой, а также пластически деформированные, с шагреневой и блоковой скульптурами. Реже
Рис. 3. Распределение по классам крупности (мм) алмазов для трубки Пионерская: а — в процентах по количеству, б — в процентах по массе. ТПК — алмазы из туфогенных пород кратера (выборка 3276 шт.); АБЖ — из автолитовых брекчий жерловой фации (выборка 7128 шт.)
Рис. 4. Алмазы трубки Пионерская: а — бесцветный додекаэдроид с небольшим уплощением по оси L3 и концентрической штриховкой; б — кривогранный сросток (типа «шпинелевый двойник») с многочисленными швами двойникования; в — тетрагексаэдроид с реликтами поверхностей куба, пониженной прозрачностью и микровключениями типа Cloud; 2 — додекаэдроид с глубоким каналом травления «поморского типа», проходящим в объем до центральной зоны кристалла; д — типичные алмазы ряда октаэдр-додекаэдроид желтого цвета диагонального тренда; е — алмаз фиолетово-розовый с полосами пластической деформации; ж — коричневый алмаз с шагреневой поверхностью, сформированной в результате пластической деформации
встречаются октаэдры (в кратерной фации — 24,8%, Для алмазов трубки Пионерская прослеживав жерловой — 26,8%) с параллельной штриховкой, ются тенденции изменения морфологии алмазов сложенные тригональными слоями. Отмечается по- в зависимости от класса крупности (рис. 5). С уве-ниженное содержание алмазов переходной формы личением размера кристаллов (от класса крупности ряда октаэдр — додекаэдр (около 12%). Наиболее -1+0,5 мм к -4+2 мм) на 23% увеличивается доля редки алмазы кубического габитуса, тетрагексаэдры, додекаэдроидов и снижается относительное коли-кристаллы ряда куб — тетрагексаэдр и псевдогеми- чество октаэдров: в туфогенных породах кратера морфные (менее 3% на каждый тип). в классе -1+0,5 мм их 28%, а в классе -4+2 мм — 7%;
О о-д д пгм к к - т т о о-д д пгм к к - т т
Рис. 5. Распределение алмазов из пород трубок Пионерская по габитусу. N — количество алмазов в выборках, штук, п — частота встречаемости, % по количеству. О — октаэдры; О-Д — алмазы ряда октаэдр — додекаэдр; Д — додекаэдроиды; ПГМ — псевдо-гемиморфные; К — кубы; К-Т — алмазы ряда куб — тетрагексаэдр; Т — тетрагексаэдры
Таблица 1 Окраска алмазов трубки Пионерская
Таблица 2 Включения в алмазах трубки Пионерская
Окраска, % Туфогенные породы кратера Автолитовые брекчии жерла
оттенок цвет оттенок цвет
Бесцветные 20,13 22,94
Желтые 17,56 1,19 18,20 0,87
Желто-зеленые 2,25 0,95 1,24 0,16
Коричневые 20,13 1,78 19,80 1,86
Розовые 0,04 0,14 0,04
Серые 24,83 9,92 25,27 8,18
Желто-серые 0,63 0,89
Черные 0,59 0,41
в автолитовых брекчиях в классе -1+0,5 мм — 32%, а в классе -4+2 мм — 5%.
Распределение алмазов по характеру двойников и сростков по классам крупности для трубки Пионерская для туфогенных пород кратера и автолитовых брекчий жерловой фации представлено на рис. 6.
Доля кристаллов со следами воздействия процесса пластической деформации среди алмазов трубки Пионерская увеличивается от мелких классов к крупным: среди алмазов кратерной фации таких кристаллов от 17 до 27%, а в автолитовых брекчиях жерловой фации — от 14 до 20%. Содержание кристаллов с пятнами пигментации для туфогенных пород кратерной фации трубки Пионерская — 4%, для алмазов из автолитовых брекчий — 1%.
В трубке Пионерская широко распространены алмазы без акцессориев травления поверхности. Около 60% алмазов рассматриваемых размерно-весовых групп (60,4% для туфогенных пород кратера
Размерные группы Количество кристаллов, шт. Без включений, % С графитом и графитоподобными включениями, %
всего с графи-топодоб-ными в том числе
еди-ничые единичные скопления многочисленные
Туфогенные породы кратера
-4+2 115 25,2 43,5 15,7 16,5 11,3
-2+1 768 37,2 42,4 20,1 11,6 10,8
-1+0,5 1646 43,0 39,7 19,3 8,4 12,0
Автолитовые брекчии жерловой фации
-4+2 328 25,0 47,0 18,9 13,4 14,6
-2+1 1639 32,3 44,0 19,9 13,4 10,7
-1+0,5 3094 43,2 37,0 18,2 9,5 9,2
и 60,8% для автолитовых брекчий) свободны от каналов травления и каверн.
Степень сохранности алмазов трубки Пионерская достаточно низкая. Доля целых и незначительно поврежденных кристаллов в туфогенных породах кратера составляет 40%, а в автолитовых брекчиях жерловой фации снижается до 37%. Следует отметить, что в коллекции 2021 г. наблюдается повышение техногенной поврежденности на 4-8%: увеличение доли обломков и алмазов с комбинированным сколом, с трещинами, что приводит к снижению их качества.
Большинство алмазов трубки Пионерская бесцветные или с небольшим оттенком, в сумме они составляют 85% для туфогенных пород кратера
Рис. 6. Распределение алмазов трубки Пионерская по характеру двойников и сростков по классам крупности. N — количество алмазов в выборках, штук, п — частота встречаемости, % по количеству
Таблица 3
Значения содержания основных азотно-вакансионных центров, регистрируемых ИКС, для разных габитусных типов алмаза трубки Пионерская
Характеристики структурных центров Доля кристаллов, % I разновидность II и III разновидность Всего
Октаэдр Комбинационный О-Д Шп. Дв. Додекаэдроид Куб Тетрагексаэдроид
3,0 10,8 2,8 81,2 1,6 0,7 100%
%B Min 5 2 6 0 10 9 0
Max 70 65 55 75 17 50 76
Средн. знач. 35 40 30 40 13 35 35
Ntot, at.ppm Min 70 25 35 5 140 190 4
Max 1750 1950 1950 2500 1270 1950 2500
Средн. знач. 1020 1010 860 1000 820 1150 1000
A, at.ppm Min 65 20 35 2 45 260 2
Max 1547 1523 1640 2087 914 890 2090
Средн. знач. 630 590 550 615 580 630 600
B1, at.ppm Min 4 5 2 0 72 27 0
Max 1000 1120 760 1630 658 1060 1630
Средн. знач. 390 430 320 425 235 530 400
B2, cm-1 Min 0 0 0 0 0 0 0
Max 24 32 17 35 5 14 35
Средн. знач. 6 9 8 10 3 9 9
CH, cm-1 Min 0 0 0 0 0 0 0
Max 12 13 12 26 10 14 27
Средн. знач. 2 3 2 3 3 5 3
и 88% для автолитовых брекчий жерловой фации. В автолитовых брекчиях заметно больше коричневых кристаллов (от легкого нацвета и оттенка до выраженного цвета); также в несколько раз повышается доля розовых алмазов (табл. 1).
Доля кристаллов с высокой и средней прозрачностью в трубке Пионерская — 84% для туфогенных пород и 90,5% для автолитовых брекчий. С увеличением размера кристаллов доля таких индивидов возрастает.
Содержание включений в алмазах трубки Пионерская проиллюстрировано в табл. 2. Единичные сингенетические включения, которые, ввиду расположения на небольшом расстоянии от поверхности, удалось исследовать методом комбинационного рассеяния, были представлены графитом, хромитом (0,8% от общего количества исследованных кристаллов), оливином (1,6%) и оливином в ассоциации с графитом (2,2%). Зафиксированы протогенетиче-ские включения алмаза.
Данные о содержании структурных центров, выявленных в алмазах трубки Пионерская методом ИК спектроскопии, представлены в табл. 3. В среднем, алмазы различных габитусных форм трубки Пионерская обладают повышенным содержанием азота в виде А и В1 центров; их сумма в единичных кристаллах достигает 2500 а!. ррт. Низкоазотные алмазы (N101 < 100 а!. ррт) в трубке Пионерская
составляют 7%, количество умеренно-азотных (200 < N10! < 800 а!. ррт) — 40%. Характерно повышенное количество В2 дефектов. Для 15% алмазов коллекции зарегистрирован относительный коэффициент поглощения В2 более 20 см-1.
На рис. 7 приведена диаграмма соотношения суммарного азота N10! (в виде А + В1) к доле азота в В1-форме для алмазов трубки Пионерская. Она отражает резкое преобладание кристаллов с высоким содержанием суммарного азота (N10! > 800 а!. ррт). Все алмазы трубки располагаются на двух трендах: горизонтальном, отражающем высокое содержание суммарного азота при степени агрегации азота (% В) от 0 до 50%, и диагональном, отвечающем равномерному увеличению содержания азота в А- и В1-формах.
Диагональный тренд (рис. 7) — это в основном алмазы додекаэдрического ряда и комбинационные формы октаэдр-додекаэдроид, т. е. алмазы, которые с большой долей вероятности относятся к ювелирным (при отсутствии видимых включений). Горизонтальный тренд представлен кристаллами додекаэдрического и тетрагексаэдрического габитуса с высоким содержанием азотных и водородсо-держащих центров, часто с зональным строением, сравнительно невысокого качества. И даже высокая степень сохранности таких кристаллов не обеспечивает принадлежность к ювелирной серии.
Рис. 7. График распределения алмазов из трубки Пионерская по концентрации основных дефектов: соотношение концентрации суммарного азота и доли азота в В-форме (%) в пробах 2014 и 2021 гг.
Треть алмазов из трубки Пионерская характеризуются высоким относительным содержанием водородсодержащих центров (N3VH, полоса поглощения на 3107 см-1) ^о88 е! а1, 2014]. В кристаллах октаэдрического и додекаэдрического габитуса в единичных случаях значения показателя поглощения достигают 12 и 13 см-1.
По характеру визуально наблюдаемой фотолюминесценции алмазы трубки Пионерская близки к якутским (например, из трубки Удачная) [Костро-вицкий и др., 2015]. Для всех кристаллов I разновидности по классификации Ю.Л. Орлова [Орлов, 1984] резко (67,3%) преобладают кристаллы с голубым и сине-голубым свечением. Желто-зеленый цвет люминесценции преобладает для кубических и те-трагексаэдрических кристаллов; основную же массу алмазов с желто-зеленым свечением составляют кристаллы I разновидности ввиду их значительно более высокой распространенности. Суммарно желто-зеленую люминесценцию имеют 19,7%, желтую — 1,2% алмазов, это в 6 раз меньше, чем в других трубках, а алмазов с сине-голубым свечением больше в 2-3 раза, чем в других трубках месторождения им. М.В. Ломоносова [Гаранин и др, 2018]. Необычно высока доля алмазов с розовым и фиолетовым свечением — 2,6%. Зональная люминесценция обнаружена у 7,9% кристаллов; инертными под УФ-облучением остаются лишь 1,3% алмазов трубки Пионерская.
Методом фотолюминесцентной спектроскопии исследованы 300 алмазов из трубки Пионерская. Данные об обнаружении в спектрах исследованных образцов наиболее распространенных линий, отвечающих центрам люминесценции, а также их системам, приведены в табл. 4 и 5 соответственно. Выделение систем линий и идентификация центров проведены на основе данных ^а^еу, 2001; Disch1er, 2013].
Таблица 4
Фотолюминесцентная спектроскопия алмазов трубки Пионерская
нм 415 428 439,5 443 451 454,5 478,5 480,5
% 86,7 76,7 72,0 32,0 44,0 0,7 13,3 4,0
нм 489,5 496 504 510 512,5 517,5 520 524
% 7,3 19,3 28,0 2,0 17,3 1,3 14,7 11,3
нм 528 535 575 583 588 604 612,5 625
% 7,3 2,0 28,7 0,7 0,7 63,3 3,3 20,7
нм 640 645 656 670 680 692 700 704
% 28,7 9,3 9,3 2,7 96,0 2,7 56,7 0,7
Примечание. В таблице указано процентное содержание (по количеству) алмазов, в спектре которых проявлены данные линии. Интенсивность линий не учитывалась. Сумма превышает 100%, так как в спектре многих кристаллов присутствуют системы линий нескольких центров люминесценции.
Таблица 5
Встречаемость основных центров и систем люминесценции в кристаллах алмаза трубки Пионерская
Центр ФЛ (бесфононная линия, нм) % от количества кристаллов Системы центров ФЛ % от количества кристаллов
N3 (415) 90,8 N3 доминирующий 53,2
S1 (503+511) 2,1 N3 + (Н3 + Н4) 21,3
S2 (477+489) 14,2 N3 + (Н3 + Н4) + S2 0,7
Н3 (503) 14,2 N3 + S2 13,5
Н4 (496) 20,6
Примечание. Указан процент кристаллов, в спектрах которых обнаружены системы линий соответствующих центров. Сумма превышает 100%, так как в спектре многих кристаллов присутствуют системы линий нескольких центров люминесценции.
Обсуждение результатов. В сравнении с алмазами из трубок Южной группы месторождения [Криулина и др., 2019; Garanin е! а1., 2021], алмазы из трубки Пионерская отличаются повышенной долей октаэдров и пониженной — додекаэдроидов и тетра-гексаэдров. Среди алмазов из автолитовых брекчий для трубки Пионерская по сравнению трубками Архангельская и им. Карпинского-1 доля октаэдров больше на 20%, доля додекаэдроидов меньше на 15%, а тетрагексаэдров меньше на 6-8%.
Доля монокристаллов в наиболее важном классе крупности -4+2 мм у алмазов трубки Пионерская выше на 5-8%, чем в других трубках. Доля кристаллов с полосами пластической деформации для алмазов трубки Пионерская также несколько выше, чем в среднем по месторождению имени М.В. Ломоносова (10-15%), и эта доля увеличивается от мелких классов к крупным. В трубках Архангельская и им. Карпинского-1 количество алмазов с полосами деформации не превышает 10% и их доля наоборот, снижается от мелких классов к крупным.
В трубке Пионерская широко распространены алмазы, не затронутые процессами травления поверхности, они составляют около 60% кристаллов рассматриваемых размерно-весовых групп, что сопоставимо со значениями для трубок Архангельская и им. Карпинского-1, где 60,7% и 60,3% соответственно. Следует отметить, что доля наиболее кавернозных кристаллов с глубокими каналами «поморского типа» (рис. 4) для алмазов трубки Пионерская несколько повышена, по сравнению с алмазами из трубок Южной группы. Таким образом, алмазы трубки Пионерская более резко разделены на группы кристаллов, испытавших глубокое травление, и полностью его лишенных.
По степени сохранности алмазы трубок Пионерская, Архангельская и им. Карпинского-1 близки. Доля алмазов с природными сколами для жерловой фации трубки Пионерская составляет 37%, и это в среднем на 5% меньше, чем в трубках Южной группы.
Бесцветные и слабоокрашенные алмазы составляют абсолютное большинство для трубки Пионерская; их суммарная доля (86,7%) сопоставима с содержанием в трубке Архангельская (86%), однако ниже, чем в трубке им. Карпинского-1 (90%), в основном за счет увеличения доли алмазов с дымчато-коричневой и желто-коричневой окраской.
В то же время среди алмазов трубки Пионерская с увеличением размерности кристаллов увеличивается доля высокопрозрачных и прозрачных алмазов с желтой окраской, а также пластически деформированных алмазов с коричневой окраской. Содержание кристаллов с серой из-за многочисленных включений графита окраской снижается. В трубках Южной группы, наоборот, с увеличением размера алмазов возрастает содержание полупрозрачных алмазов и индивидов с пониженной прозрачностью из-за облаковидных микровключений,
а также возрастает доля сильно графитизирован-ных серых алмазов.
Подобное разнонаправленное распределение по классам крупности обнаружено также для содержания включений в алмазах. Суммарная доля алмазов без включений для автолитовых пород жерловой фации составляет 43% для трубок Пионерская и им. Карпинского-1, и 46% для трубки Архангельская. Но доля алмазов с включениями зависит и от размера кристаллов. С увеличением размерности повышается количество индивидов и с графитовыми, и с сингенетическими включениями. Эта закономерность характерна для всех трубок. Однако, в автолитовых брекчиях жерловой фации трубки Пионерская наблюдается обратная зависимость. Алмазов без включений в классе крупности -4+2 мм больше на 9-11%, а в классе крупности -1+0,5 мм алмазов без включений меньше на 6-9%, чем в трубках Южной группы. Доля алмазов с графитовыми и графитоподобными включениями в крупных классах меньше на 12-17%, чем в трубках Архангельская и им. Карпинского-1. В классе -1+0,5 мм доля алмазов с многочисленными включениями графита напротив, больше на 4%, чем в других трубках.
Преимущественно синие тона фотолюминесценции, присущие алмазам трубки Пионерская, определяются в основном содержанием центра N3. Среди алмазов месторождения имени М.В. Ломоносова именно в алмазах трубки Пионерская он имеет наибольшую распространенность и по проценту обнаружения в кристаллах, и по доминирующему положению. Для алмазов трубки Пионерская характерна значительно большая, чем для кристаллов из трубок Южной группы, распространенность дефектов, отвечающих за линии люминесценции длинноволновой части видимого спектра — 575 нм (МУцентр), 604 нм и особенно 640, 680 и 700 нм. Именно они в случае достаточной интенсивности суммарно с линиями центра N3 определяют возникновение визуальной люминесценции в фиолетовых и розовых тонах. Среди трубок месторождения имени М.В. Ломоносова в значимых количествах алмазы с розовым и фиолетовым свечением встречены только в трубке Пионерская. Для алмазов из тел Южной группы более типичны желто-зеленая и желтая люминесценция, обусловленная наличием H3 центров; лишь треть выборки приходится на алмазы с голубым свечением (с N3 центрами) и треть — на кристаллы, не люминесцирующие при возбуждении волнами УФ-диапазона.
Пятую часть от всех изученных алмазов трубки Пионерская составляют кристаллы с люминесценцией в желто-зеленых тонах, обусловленной системами центров S1, S2, Н3 и Н4. Такое желто-зеленое свечение является также косвенным признаком наличия алмазов с облаковидными включениями (Cloud), что подтверждается и при изучении, и при оценке качества алмазов [Гаранин и др., 2018]. У алмазов трубки Пионерская облаковидные включения
встречаются совместно с системами 8-центров люминесценции. Большинство алмазов с желто-зеленым свечением, по данным ИКС-спектроскопии, принадлежит к горизонтальному тренду зависимости суммарного содержания азота от степени его агрегированности (высокая доля А-центров на рис. 7). Эти кристаллы, как правило, не являются идеально прозрачными из-за облаковидных и микровключений. В целом для месторождения имени М.В. Ломоносова среди кристаллов I разновидности по Ю.Л. Орлову характерно преобладание высокоазотных алмазов с низкой степенью его агрегации, что, согласно данным [Богатиков и др., 2000; Хача-трян, 2010] позволяет предположить их эклогитовый генезис. Однако для алмазов трубки Пионерская в соотношении суммарного азота и азота в В-форме (рис. 7) более выражен диагональный тренд, что, предположительно, свидетельствует об ультраосновном генезисе. По сравнению с алмазами трубок Южной группы, повышена степень агрегированно-сти азота (% В1), увеличены средние и максимальные содержания центров В2 и понижено содержание водорода (ср. коэф. поглощения 0-5 см-1).
Все эти данные свидетельствуют о том, что процессы формирования алмазов трубки Пионерская происходили при более высокой температуре по сравнению с алмазами трубок Южной группы [Васильев и др., 2022]. Кроме того, наибольшая среди алмазов месторождения имени М.В. Ломоносова распространенность центра N3 в алмазах трубки Пионерская дает возможность предположить еще и увеличение времени нахождения алмазов в таких условиях (высокотемпературный отжиг). Существенно более низкое содержание в трубке Пионерская кристаллов кубического и тетрагексаэдрического габитусов также подтверждает более высокотемпературный генезис алмазов трубки Пионерская.
Крупные алмазы и перспективы. В трубке Пионерская с возрастанием размера увеличивается доля высокопрозрачных алмазов без крупных графитовых включений, именно такие алмазы прогнозируются в крупных весовых группах +8 мм.
Среди алмазов трубки значительную долю составляют кристаллы октаэдрической и комбинационной формы, а также додекаэдроиды со средним содержанием азота, сформированные при высокой температуре и подверженные процессу посткристаллизационного отжига. Это алмазы с послойным и однородным внутренним строением, следовательно, потенциально более высокого ювелирного качества. Именно эта группа кристаллов значительно повышает стоимостную оценку алмазов трубки Пионерская и делает перспективной ее промышленную отработку.
Отсутствие среди изученных алмазов образцов больше 5 кар объясняется тем, что крупные и высокоценные камни редки и фиксируются только в крупных партиях алмазов (тысячи карат). Распределение алмазов по стоимости асимметричное — она
непропорционально резко возрастает с увеличением размера ювелирных кристаллов. Это часто приводит к занижению средней стоимости в пересчете на тонну породы (до 30%) при предварительной оценке по керновым пробам относительно данных, получаемых при последующей добыче.
Проведенные исследования подтверждают равномерное распределение алмазов в трубке Пионерская как по общему содержанию, так и по распределению по гранулометрическим классам (рис. 3), а также повышенное содержание ювелирных алмазов и обломков по сравнению с трубками Южной группы. Потенциальная привлекательность трубки для промышленной отработки увеличивается с учетом еще одного фактора: в изученных пробах наиболее крупные алмазы относятся к классу -4+2мм, а единичные — к -8+4 мм; однако, по соотношению количества и стоимости кристаллов в разных классах крупности можно прогнозировать наличие алмазов класса +8 мм ювелирного и околоювелирного качества.
Для трубки Пионерская характерно более высокое качество алмазов за счет увеличения средней массы алмазов в классе и большего содержания кристаллов, их обломков и двойников ювелирного качества (без дефектов), при снижении массовых объемов алмазов с крупными включениями и трещинами, в сравнении с алмазами трубки Архангельская.
Качество алмазов в пределах однородного рудного столба, как правило, достаточно стабильно, при этом доля ювелирных камней в коренных месторождениях алмазов колеблется в широких пределах: от 2-5 до 70%, составляя в большинстве месторождений 15-30% массы всех алмазов, в меньшинстве — 30-50% и более. Выход ювелирных камней в трубке Пионерская составляет около 30%.
Выводы.
• Алмазы трубки Пионерская представлены преимущественно додекаэдроидами, часто с проявлениями процессов пластической деформации. Кристаллы в большинстве бесцветны или слабо окрашены, высоко- и среднепрозрачны, средне-и высокоазотные, чаще с синей и голубой люминесценцией. Среди алмазов месторождения имени М.В. Ломоносова только в трубке Пионерская в значимых количествах встречены алмазы с розовой и фиолетовой люминесценцией.
• Алмазы трубки Пионерская сформировались при повышенной, по сравнению с трубками Южной группы, температуре, и находились в этих условиях большее время.
• По сравнению с алмазами трубок Архангельская и им. Карпинского-1, для алмазов трубки Пионерская выше доля октаэдрических кристаллов, в классах высокой крупности выше содержание монокристаллов. Для алмазов из автолитовых брекчий повышена доля кристаллов, не подверженных травлению. Несколько ниже доля бесцветных и сла-боокрашенных алмазов, однако значительно выше
доля кристаллов с высокой прозрачностью, причем она возрастает с увеличением размера кристаллов, что нетипично. Также нетипично распределение кристаллов по степени проявления процессов травления и по наличию включений графита.
• Следует особо отметить, что, несмотря на меньшую, по сравнению с трубками Южной группы, продуктивность, алмазы трубки Пионерская имеют более высокое качество среди алмазов из всех изученных тел месторождения имени М.В. Ломоносова. Повышенное качество сырья обусловлено особенностями роста алмазов, в том числе его послойным механизмом и более длительным пребыва-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богатиков О.А., Гаранин В.К., Кононова В.А. и др. Архангельская алмазоносная провинция (геология, петрография, геохимия и минералогия). М.: МГУ, 2000. 521 с.
2. Бокий Г.Б., Безруков Г.Н., Клюев Ю.А. и др. Природные и синтетические алмазы. М.: Наука, 1986. 224 с.
3. Васильев Е.А., Криулина Г.Ю., Гаранин В.К. Термическая история алмаза кимберлитовых трубок Архангельская и им.Карпинского-I // Записки Горного института. 2022. № 255. С. 327-336. DOI https://doi.org/10.31897/ PMI.2022.57.
4. Гаранин В.К., Криулина Г.Ю., Гаранин К.В., Само-соров Г.Г. Архангельские алмазы. Новые данные. М.: ИП Скороходов В.А., 2018. 232 с.
5. Костровицкий С.И., Специус З.В., Яковлев Д.А. и др. Атлас коренных месторождений алмазов Якутской ким-берлитовой провинции. Мирный: АЛРОСА, 2015. 480 с.
6. Криулина Г.Ю., Васильев Е.А., Гаранин В.К. Структурно-минералогические особенности алмаза месторождения им. М.В. Ломоносова (Архангельская провинция):
нием в высокотемпературных мантийных условиях, способствовавшем агрегации оптически-активных центров. Морфологические особенности алмазов, положительно влияющие на улучшение качества, наиболее характерны для алмазов из автолитовых брекчий трубки Пионерская.
Благодарности. Коллектив авторов благодарит АК ПАО «АЛРОСА» за предоставленную возможность исследований и публикации данного материала.
Финансирование. Работа выполнена в рамках плановых работ ВГРЭ АК «АЛРОСА», МГУ имени М.В. Ломоносова НИР цитис 121061600049-4.
новые данные и их интерпретация // Доклады Академии наук. 2019. Т. 486, № 6. С. 695-698. DOI: 10.31857/S0869-56524866695-698
7. Орлов ЮЛ. Минералогия алмаза. М.: Наука, 1984. 263 с.
8. Хачатрян Г.К. Типизация алмазов из кимберлитов и лампроитов по распределению азотных центров в кристаллах // Руды и минералы. 2010. № 2. С. 46-60.
9. Goss J.P., Briddon P.R., Hill V, et al. Identification of the structure of the 3107 cm-1 H-related defect in diamond // J. Phys.: Condens. Matter. 2014. Vol. 26. P. 1-6. DOI: 10.1088/0953-8984/26/14/145801
10. Dischler B. Handbook of spectral lines in diamond. Berlin: Springer Verlag, 2013. 467 p.
11. Garanin V., Garanin K., Kriulina G., Samosorov G. Diamonds from the Arkhangelsk Province, NW Russia. Springer International Publishing AG, Switzerland, 2021. 248 р.
12. Zaitsev A.M. Optical properties of diamond: a data handbook. Springer, 2001. 519 p.
Статья поступила в редакцию 04.06.2023, одобрена после рецензирования 02.10.2023, принята к публикации 22.01.2024
