CC BY
42
DOI: 10.24411/0869-7175-2018-10013
УДК 553.81 © Коллектив авторов, 2018
I
Микровключения минеральных фаз в алмазе из россыпи Холомолоох
С.С.УГАПЬЕВА, А.Д.ПАВЛУШИН, О.Б.ОЛЕЙНИКОВ, А.Е.МОЛОТКОВ (Институт геологии алмаза и благородных металлов Сибирского отделения Российской академии наук (ИГАБМ СО РАН); 677980, г. Якутск, проспект Ленина, д. 39)
Приводятся результаты изучения микровключений и минеральных фаз на поверхности, во внутренних полостях и по трещинам кривогранного додекаэдроида алмаза из россыпи Холомолоох с целью получения генетической информации о природе их мантийного источника и транспортёра к поверхности земной коры. Изученный авторами данной статьи округлый кристалл «уральского» типа характеризуется низкой концентрацией суммарного азота в виде дефектов А и В1, а также наличием полифазных микровключений в периферийной области. В их составе методом рамановской спектроскопии идентифицированы микровключения сульфидов, калиевого полевого шпата, оливина, пироксена, рутила, которые заполняют огранённые полости. Уникальная ассоциация микровключений минеральных фаз (калиевый полевой шпат, пироксен, оливин, рутил) предполагает докристаллизацию алмаза в расплаве транспортёра, возможно лампроитового состава.
Ключевые слова: алмаз, микровключение, ИК спектроскопия, рамановская спектроскопия, Якутская кимберлитовая провинция, Сибирская платформа.
Угапьева Саргылана Семёновна Павлушин Антон Дмитриевич Олейников Олег Борисович Молотков Андрей Евгеньевич
[email protected] [email protected] [email protected] [email protected]
I
Micro-inclusions of mineral phases in the diamond crystal from the Kholomolookh placer
S.S.UGAPEVA, A.D.PAVLUSHIN, O.B.OLEINIKOV, A.E.MOLOTKOV (Diamond and Precious Metal Geology Institute, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences)
The results of studying of micro-inclusions and mineral phases on the surface, in the inner cavities and cracks of the diamond from the Kholomolookh placer to obtain genetic information about the nature of their mantle source and transporter to the crust surface are presented. The studied rounded diamond crystal of «Uralian» type is characterized by a low concentration of total nitrogen defects A and B1, and the presence of polyphase micro-inclusions that are located in the peripheral zone of host crystal. Sulphides, potassium feldspar, olivine, pyroxene and rutile micro-inclusions filling in faceted cavities were identified by Raman spectroscopy in the diamond periphery zone. The presence of unusual mineral micro-inclusions association (potassium feldspar, pyroxene, olivine, rutile) assumes pre-crystallization of diamond in the melt of the transporter with a possible lamproite composition.
Key words: diamond, micro-inclusion, IR spectroscopy, Raman spectroscopy, Yakutian kimberlite province, The Siberian Platform.
Северо-восток Сибирской платформы - уникальная по масштабам проявления кимберлитового вулканизма область. Здесь сконцентрировано около 70% запасов алмазов россыпных месторождений, в которых наряду с типичными кимберлитовыми присутствуют алмазы, нехарактерные для установленных типов коренных источников [2, 11, 13]: округлые кристаллы алмаза «уральского» типа I и V разновидностей по минералогической классификации Ю.Л.Орлова [7]. Округлые алмазы широко распространены также в россыпях с
неизвестными коренными источниками в Индии, Бразилии, Южной Африке, Австралии, на Урале. В качестве их коренных источников предлагаются лампроиты [11, 14, 16] или туффиты [5, 8]. Микровключения минеральных фаз, закапсулированные в алмазе-хозяине во время его кристаллизации, несут в себе наиболее полную информацию о генезисе алмаза. Ранее авторы изучили минеральные фазы на поверхности, в полостях скола, во внутренних трещинах и пустотах растворения кристалла алмаза V разновидности из россыпного
месторождения Холомолоох. Было установлено присутствие микростёкол, самородных металлов и разнообразных минералов (рутил, ильменит, титаномагнетит, циркон, полевой шпат, кальцит, оливин), являющихся постгенетическими по отношению к алмазу, и высказано предположение, что среда-транспортёр кристаллов алмаза V разновидности была флюидонасыщенной и могла иметь некимберлитовую природу [6].
В данной работе представлены результаты изучения дефектно-примесного состава, микровключений и минеральных фаз на поверхности, во внутренних полостях и по трещинам ещё одного кристалла из этой россыпи (№ обр. 7253, коллекция ИГАБМ СО РАН). На первом этапе были изучены особенности морфологии и минеральные фазы, расположенные на поверхности кристалла. Затем кристалл алмаза подвергся распиловке, в ходе которой он раскололся на четыре блока, что дало возможность изучить минеральные фазы во внутренних трещинах и полостях. Из двух крупных обломков выпилены пластины, которые захватывают центральную часть и периферию кристалла алмаза.
Методы исследования. Особенности морфологии алмаза изучены методами оптической микроскопии на стереоскопическом микроскопе Olympus SZX. Микроморфология поверхности кристалла алмаза и химический состав минеральных фаз, выведенных на поверхность, исследованы на сканирующем электронном анализаторе Jeol JSM-6480LV с энергетической приставкой INCA Energy 350 Oxford Instruments (ИГАБМ СО РАН).
Изучение дефектно-примесного состава кристалла алмаза проводилось с помощью ИК Фурье-спектрометра FT 801 в комплексе с ИК микроскопом МИКРАН-2. Спектральное разрешение 2 см-1, в диапазоне 7005000 см-1. Обработка и анализ спектров проводились с помощью специализированного программного обеспечения, разработанного О.Е.Ковальчуком (НИГП АК «АЛРОСА» (ПАО) [3].
Спектры КР регистрировались на измерительном комплексе ИНТЕГРА СПЕКТРА в Аналитическом центре СВФУ им. М.К.Аммосова, г. Якутск. При этом использовался объектив с увеличением 100х, численной апертурой NA=0,7. КР спектры регистрировались низкошумящей CCD камерой с охлаждением до -70°C. Для проведения измерений выбран режим со временем накопления сигнала в каждой точке 50 с, длиной волны возбуждающего излучения твердотельного нео-димового лазера 532 нм и гелий-неонового газового лазера 632,8 нм, мощностью в пучке диаметром <1мкм -~3,5 мВт и ~3 мВт, соответственно. Перед каждой серией измерений проводилась калибровка прибора по спектральной линии Si 520,7 см-1.
Морфология и дефектно-примесный состав. Кристалл представляет собой прозрачный кривогранный додекаэдроид алмаза желтовато-серого цвета. В его внешней морфологии доминируют связанные с про-
цессами растворения отрицательные формы микрорельефа, характерные для округлых кристаллов алмазов «уральского» типа. К ним относятся широко распространённые на кристаллах обратноориентиро-ванные треугольные ямки травления, покрывающие реликтовые поверхности растворённых граней октаэдра. Кривогранные поверхности додекаэдроида имеют ламинарное строение и покрыты веерообразной и шестоватой штриховкой, по мере удаления от октаэдри-ческих граней постепенно переходящей к шагреневому и матовому микрорельефу поверхности. На поверхности рёбер додекаэдроида и выступающих поверхностях рельефа отчётливо видны следы механического износа. Такие же особенности наблюдаются на другом кристалле из этой россыпи [6]. Фотолюминесценция алмаза слабая, сиреневого цвета. Наблюдение плоскопараллельной пластины, полученной из крупного блока алмаза, в проходящем поляризованном свете показывает сложную картину внутренних напряжений, связанных с множественными включениями (рис. 1, А).
Данная пластина исследована методом просвечивающей ИК Фурье-спектроскопии. С шагом и апертурой 80 цт выполнена съёмка профиля по линии от края до края пластины (см. рис. 1, Б). Обработка полученных спектров показала наличие микропримесного азота, находящегося преимущественно в форме А-дефектов, что по физической классификации алмаза, предложенной в работе [12], позволяет отнести этот кристалл к типу 1аА. Вместе с тем в части спектров профиля присутствует небольшое, но заметное количество В1 дефектов, на что указывают разложение спектра на основные компоненты и перегибы на линии 1010 см-1. Результаты представлены в виде графика, где по горизонтали отложена последовательность точек профиля, а по вертикали -концентрация азотных дефектов в ррт (см. рис. 1, В).
Содержание азота в форме А дефектов в образце имеет диапазон 40-138 ррт (см. рис. 1, В). При этом в распределении по ростовому профилю от центра к периферии пластины можно выделить три части. Центральная область с наибольшим количеством включений характеризуется низкой концентрацией А-центров 70 ррт, стремительно увеличивающейся в ближайших областях до 100 ррт слева и до 120 ррт справа. Далее, в серединных зонах кристалла, динамика становится различной для левой и правой частей профиля (относительно центра). Слева наблюдается постепенный рост до 147 ррт, а справа - концентрация медленно снижается до 105-100 ррт. Переход к периферийной области кристалла сопровождается ступенчатым понижением содержания азота в левой части графика до 75 ррт и более динамичным понижением в правой до 40 ррт.
Небольшое содержание В1 дефектов наблюдается в центре и большей части левой стороны профиля. Диапазон концентраций этих центров от 1 до 18 ррт, при этом динамика изменения концентрации монотонно-волнообразная (см. рис. 1, В). Среднее значение
Рис. 1. Пластина из кристалла алмаза 7253 (россыпи Холомолоох):
А - картина двойного лучепреломления; Б - при комбинированном освещении (стрелка - направление и линия профиля ИК съемки); В - концентрация азотных дефектов А и В1 (ррт) в точках профиля съёмки; Г - интенсивность линии 3107см"1 в точках профиля съёмки
агрегированности микропримесного азота в В1 дефект, в части, где он проявлен, составляет 7%. Кроме линий азотных центров в ИК спектрах центральной части пластины заметно присутствие малого пика линии 3107 см-1, указывающего на присутствие винилидено-вой группы >С=Н2 [17]. Имея диапазон интенсивности поглощения от 0,4 до 2,2 см-1, данная линия появляется слева от центра, выходит на небольшое плато в центре и также быстро убывает симметрично справа от центра (см. рис. 1, Г).
Учитывая, что концентрация азотных дефектов мала и падает от центра к периферии пластины, можно отметить схожесть проявления микропримесного азота в данном индивиде с проявлением его в комбинационных кристаллах переходной формы из трубки Зарница, минеральные включения в которых отнесены к перидо-титовому парагенезису [9].
Минеральные фазы. Изученный авторами кристалл содержит значительное количество микровключений. Скопления включений распределены особым образом - секториально (см. рис. 1, А). По-видимому, они приурочены к октаэдрическим секторам кристалла, фиксируя передвижение граней октаэдра в процессе их
роста. Избирательное поглощение механических примесей центральными частями октаэдрических граней кристалла алмаза, возможно, происходило по механизму «частокола Кабреры» [1]. Большинство включений окружено микротрещинами вдоль спайности алмаза, появление которых может быть связано с релаксацией упругих напряжений в кристалле-хозяине.
По данным оптической микроскопии и КР спектроскопии включения различаются по морфологии и составу. Большинство микровключений имеет октаэдри-ческую огранку, их размеры варьируют от 3 до 30 цм. Среди них присутствуют бесцветные прозрачные включения с характерным точечным КР спектром оливина в центре (рис. 2, А). При этом раман-картирование таких включений показало наличие в объёме нескольких минеральных фаз. Центральная область включения представлена оливином, периферическая характеризуется сложным КР спектром. Также методом КР спектроскопии на периферии алмаза ш^Ш идентифицированы сульфидные включения (халькопирит), калиевые полевые шпаты, пироксен, представленные в разной степени искажёнными кристаллами октаэдри-ческой формы (см. рис. 2, Б-Г) и в меньшем количестве
Рис. 2. КР спектры и фото микровключений:
оливина (А), сульфида (Б), калиевого полевого шпата (В), пироксена (Г), рутила (Д)
призматические, игольчатые включения рутила (см. рис. 2, Д). Размеры индивидов не превышают 30 мкм. Также в изученном кристалле присутствуют микровключения, схожие по морфологии с флюидными, представленными в работах [10, 15].
Описанная выше октаэдрическая форма микровключений, нетипичная для собственной огранки минералов, скорее всего, связана с тем, что минеральные фазы, полностью заполняющие огранённые полости, очевидно, образовались в процессе кристаллизации алмаза [4]. Представляется вероятным следующий механизм их формирования. Механические примеси, адсорбированные на поверхности октаэдрической грани, значительно превышающие размеры ступеней слоёв роста, препятствовали их дальнейшему тангенциальному пе-
ремещению. Торцы слоёв роста огибали механическое препятствие, образуя пустоты, огранённые изнутри плоскостями октаэдра (111) и заполняемые посторонней минеральной фазой. Таким образом, с большой степенью вероятности минералы, унаследовавшие ок-таэдрическую форму алмаза, следует отнести к сингенетическим включениям (см. рис. 2, А-Г). Включения минералов, сохранившие собственную морфологию (рутил и некоторые включения сульфидов), были захвачены алмазом во время его роста (см. рис. 2, Д). Их следует отнести к протогенетическим включениям.
В начале детального исследования кристалла 7253 проводилось изучение минеральных фаз, присутствующих на поверхности, а после разрушения при распиловке - во внутренних полостях и по микротрещинам.
На поверхности объектов исследования обнаружены недиагностированные силикатные полифазные образования в виде тонких пластинок, наростов, а также зёрна полевого шпата, часто заполняющие ямки растворения. Во внутренних полостях и трещинах, расположенных на границах блоков, вскрытых при расколе кристаллов, обнаружены зёрна пикроильменита, сульфата кальция, кальцита и циркона. Зёрна пикроильменита пластинчатые с неровными краями, плотно прилегающими к стенке трещин. Размер крупных выделений не превышает 50 мкм. Следует отметить, что недиагностированные силикатные полифазные образования, полевой шпат, кальцит и пикроильменит в основном находятся в тесной ассоциации с сульфатом кальция (гипс?), который часто заполняет полости трещин в виде агрегата с зернистой структурой. Циркон призматической формы размером 20^50 мкм обнаружен во внутренней трещине. Поверхность зерна неровная, примеси не установлены.
В заключение отметим следующее. Изученный округлый кристалл «уральского» типа характеризуется низкой концентрацией суммарного азота в виде дефектов А и В1, а также наличием полифазных микровключений в периферийной области. Идентифицированные методом КР спектроскопии включения (сульфиды, калиевый полевой шпат, пироксен, оливин) полностью заполняют полости октаэдрической формы, которые, очевидно, образовались в процессе кристаллизации алмаза. Механизм их образования позволяет полагать, что микровключения, проецирующие алмазную октаэдрическую огранку, являются сингенетическими. Включения, имеющие собственную морфологию (рутил, сульфиды), были захвачены алмазом во время кристаллизации как механические примеси.
Присутствие в периферии округлого кристалла алмаза «уральского» типа уникальной ассоциации минеральных включений (оливин, калиевый полевой шпат, пироксен, рутил), которые невозможно отнести к чисто перидотитовому или эклогитовому парагенезисам, позволяет предположить докристаллизацию алмаза в транспортирующем кристалл расплаве, вероятно, лампроитового состава. Обнаружение недиагностиро-ванных силикатных полифазных образований и зёрен полевых шпатов на поверхности кристалла из россыпи Холомолоох и установление циркона, пикроильменита, кальцита, сульфата кальция по полостям его микротрещин расширяют видовое разнообразие постгенетических минералов и формы их проявлений в алмазах, не имеющих установленных коренных источников [6]. Присутствие постгенетических эндогенных минералов в ассоциации с алмазом также позволяет подойти к решению вопроса о генетической природе транспортёра кристаллов северных россыпей Якутской кимберлито-вой провинции.
Работа выполнена по плану НИР ИГАБМ СО РАН, проект № 0381-2016-0003.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бартон В., Кабрера Н., Франк Ф. Рост кристаллов и равновесная структура их поверхности // Элементарные процессы роста кристаллов. - М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1959. С. 11-109.
2. Включения коэсита в округлых алмазах из россыпей северо-восточной части Сибирской платформы / А.Л.Рагозин, В.С.Шацкий, Г.М.Рылов, С.В.Горяйнов // Доклады РАН. 2002. Т. 384. № 4. С. 509-513.
3. Ковальчук О.Е., Свирдова Н.О., В.И. Коптиль. База данных по алмазам и программно-аппаратный комплекс их обработки // Геология алмаза - настоящее и будущее. - Воронеж, 2005. С. 1535-1548.
4. Кристаллические включения с октаэдрической огранкой в алмазах / Н.В.Соболев, А.И.Боткунов, И.Т.Бакуменко,
B.С.Соболев // Доклады АН СССР. 1972. № 1. С. 192-195.
5. Новый тип коренных источников алмазов Якутии / С.А.Граханов, А.П.Смелов, К.Н.Егоров и др. // Наука и образование. 2013. № 4. С. 12-18.
6. Олейников О.Б., Павлушин А.Д., Попов А.В. Постгенетические минералы и микростёкла кристалла алмаза V разновидности из россыпного месторождения Холомолоох и их генезис // Отечественная геология. 2007. № 5. С. 77-83.
7. Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза. 2-е изд. - М.: Изд-во Наука, 1984.
8. Осадочно-вулканогенная природа основания карнийско-го яруса - источника алмазов северо-востока Сибирской платформы / С.А.Граханов, А.П.Смелов, К.Н.Егоров, Ю.К.Голубев // Отечественная геология. 2010. № 5. С. 3-12.
9. Особенности образования мозаично-блочных алмазов из кимберлитовой трубки Зарница / А.Л.Рагозин, Д.А.Зедгенизов, В.С.Шацкий, К.Э.Купер // Геология и геофизика. 2018. Т. 59 (5). С. 606-622.
10. Особенности фазового состава наноразмерных флюидных включений в аллювиальных алмазах северо-востока Сибирской платформы / А.М.Логвинова, Р.Вирт, А.А.То-миленко и др. // Геология и геофизика. 2011. Т. 52 (11).
C. 1634-1648.
11. Полигенез алмазов Сибирской платформы / В.П.Афанасьев, С.С.Лобанов, Н.П.Похиленко и др. // Геология и геофизика. 2011. Т. 52. №3. С. 335-353.
12. Природные и синтетические алмазы / Г.Б.Бокий, Г.Н.Безруков, Ю.А.Клюев и др. - М.: Изд-во Наука, 1986.
13. Рагозин А.Л., Шацкий В.С., Зедгенизов Д.А. Новые данные о составе среды кристаллизации алмазов V разновидности из россыпей северо-востока Сибирской платформы // Доклады РАН. 2009. Т. 425. № 4. С. 527-531.
14. Секерин А.П., Меньшагин Ю.В., Лащенов В.А. Докем-брийские лампроиты Присаянья // Доклады РАН. 1993. Т. 329. № 3. С. 328-331.
15. Fluid inclusions in Ebelyakh diamonds: Evidence of CO2 liberation in eclogite and the effect of H2O on diamond habit / E.M.Smith, M.G.Kopylova, M.L.Frezzotti et al. // Lithos. 2015. Vol. 216-217. P. 106-117.
16. Re-Os and 40Ar/39Ar isotope measurements of inclusions in alluvial diamonds from Ural Mountains: constraints on diamond genesis and eruption ages / F.Laiginhas, D.G.Pearson,
D.Phillips et al. // Lithos. 2009. Vol. 112S. P. 714-723.
17. Woods G.S., Collins A.T. Infrared absorption spectra of hydrogen complexes in type I diamonds // J. Phys. Chem. Solids. 1983. Vol. 44. № 5. P. 471-475.
