CC BY
27НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 550.42
Ростовой генезис округлых кристаллов алмаза
В.С. Шкодзинский
Установлено возрастание доли округлых алмазов с увеличением содержания кремнекислоты в кимберлитах, больший их размер по сравнению с плоскогранными кристаллами, повышенное содержание в них примесей и преимущественно эклогитовый парагенезис включений, присутствие в кристаллах округлой ростовой зональности. Это свидетельствует о ростовом генезисе округлых алмазов и противоречит гипотезе формирования их путем частичного растворения плоскогранных кристаллов.
Ключевые слова: генезис округлых кристаллов, скорость диффузии, остаточный расплав, фракционирование.
It was established that there is correlation between contents of roundish diamonds and SiO2 in kimberlites. These diamonds have greater size and contain more admixtures than flat-faceted crystals. These phenomena and existence of round zoning of the growth in the crystals testify to growth genesis of roundish diamonds and against the hypothesis offormation of them by partial dissolution offlat-faceted crystals.
Key words: genesis of roundish diamonds, velocity of diffusion, residual melt, fractionation.
Округлые кристаллы алмаза широко распространены во многих кимберлитах и россыпях. Они являются главной разновидностью этого минерала в уникальной по запасам и содержанию россыпи р. Эбелях в северной Якутии и в многочисленных россыпях Бразилии. Их необычная округлая форма давно привлекает внимание исследователей. Дискуссия об их происхождении продолжается уже более столетия. В начале прошлого века А.Е. Ферсман, В.П. Гольдшмит и др. пришли к заключению о том, что округлые алмазы образовались в результате проявления начальных стадий растворения плоскогранных кристаллов. Основанием для этого являются получение похожих форм при экспериментальном растворении кристаллов различных минералов и присутствие на гранях плоскогранных кристаллов скульптур травления. Эта гипотеза в настоящее время наиболее распространена.
Сторонники образования округлых алмазов в процессе роста (Аншлесс, Гневушев и др.) отмечали, что скульптуры травления существуют и на плоскогранных кристаллах и чаще всего отсутствуют на округлых, поэтому они не дока-
ШКОДЗИНСКИИ Владимир Степанович - д.г.-м.н., в.н.с. ИГАБМ СО РАН, shkodzinskiy@diamond.ysn.ru.
зывают образование последних путем растворения. На округлых кристаллах вершины и ребра обычно остаются острыми, а округлыми, точнее выпуклыми, являются только грани. Это противоречит гипотезе растворения, поскольку растворяться должны в первую очередь вершины и грани вследствие более свободного оттока от них атомов углерода.
Обобщение опубликованных данных по распределению и крупности округлых алмазов выявило ряд новых доказательств их ростового генезиса. Оказалось, что доля этих алмазов в кимберлитах и лампроитах (рис. 1) возрастает с увеличением содержания в этих породах крем-некислоты и с уменьшением величины структурного фактора расплава К = 200 (О - 2Н) Н1, в котором О - число грамм-ионов кислорода • 103, Н - число грамм-ионов сеткообразователей • 103 [2]. Этот фактор отражает совместное влияние химического состава расплава на его вязкость, последняя уменьшается с ростом его величины.
Вязкость расплава очень сильно (на несколько порядков) возрастает с увеличением содержания в них кремнекислоты, поэтому установленные на рис. 1 зависимости свидетельствуют о формировании округлых алмазах в очень вязких остаточных расплавах на поздней стадии фракционирования перидотитового слоя магматического океана [1]. В процессе такого фрак-
округлые округлые
Рис. 1. Соотношение доли округлых кристаллов среди алмазов с содержанием кремнекислоты в кимберлитах (А) и с величиной структурного параметра их расплава (Б). г - коэффициент корреляции, тг - ошибка этого коэффициента [1]
ционирования сформировались породы мантии, различные алмазы и остаточные кимберлитовые расплавы.
Эти установленные зависимости позволяют понять механизм образования округлых кристаллов алмаза. Ранее было показано [1], что возрастание вязкости остаточных расплавов сопровождалось уменьшением скорости диффузии углерода и увеличением степени пересыщения им расплава. Уменьшение скорости диффузии приводило к замедлению скорости роста слоев на гранях кристаллов алмаза. А возрастание степени пересыщения расплава углеродом обусловило ускоренное появление на них новых центров роста. В результате новые слои роста появлялись еще до того, как предыдущие успевали дорастать до ребер кристаллов. Это приводило к убыстряющемуся уменьшению площади образующихся слоев роста на гранях в наиболее крупных кристаллах, поэтому грани становились выпуклыми.
Накопление кремнекислоты в остаточных расплавах должно было сопровождаться уменьшением в них содержания извести и углекислоты на поздних стадиях фракционирования, когда сформировалось большинство округлых алмазов. Это подтверждается существованием слабо выраженных обратных зависимостей между содержанием этих химических компонентов в кимберлитах и долей присутствующих в них округлых алмазов. Такие алмазы содержат в несколько раз больше примеси азота, натрия, алюминия и кремнекислоты, чем плоскогранные [1]. Это связано с накоплением данных компонентов в поздних остаточных расплавах при фракционировании придонного перидотитового слоя магматического океана.
Многие исследователи отмечали, что в округлых кристаллах распространены преимущественно включения эклогитового парагенезиса. Так, в уральских алмазах его доля составляет около 80% [3], тогда как в плоскогранных кристаллах высокопродуктивных трубок Якутии она обычно не превышает 2%. Это обусловлено тем, что эклогитовые по составу включения формировались на поздних стадиях фракционирования в богатых кремнекислотой остаточных расплавах, когда кристаллизовались округлые алмазы. Таким образом, вещество округлых алмазов по содержанию примесей и составу включений существенно отличается от такового плоскогранных кристаллов. Следовательно, эти алмазы не могли возникнуть в результате растворения плоскогранных кристаллов, а сформировались в результате роста в иных условиях на более поздней стадии фракционирования, чем эти кристаллы. Этот вывод полностью согласуется с зависимостями, показанными на рис. 1.
Растворение кристаллов приводит к уменьшению их размера. Между тем округлые алмазы обычно крупнее плоскогранных как в кимбер-литовых трубках, так и в россыпях. Например, в архангельских кимберлитах во фракции более
0,3 мм округлых кристаллов чаще всего примерно в 4 раза больше, чем плоскогранных. В более мелкой фракции наоборот преобладают плоскогранные алмазы [4]. Это связано с тем, что округлые алмазы формировались путем разрастания наиболее крупных плоскогранных кристаллов, так как в них на больших по площади гранях слои роста раньше всего переставали дорастать до ребер и вершин.
Важным доказательством более крупного в среднем размера округлых кристаллов является резко повышенный вес алмазов в россыпях с большим содержанием округлых додекаэдрои-дов. Например, как видно из рис. 2, при содержании последних в россыпях Красношиверско-го района Урала 80-90% средний вес алмазов чаще всего составляет 60-190 мг. В удаленных от трубок россыпях севера Якутии с 10-70% округлых кристаллов средний вес алмазов обычно 10-50 мг. В промышленных трубках Якутии, в которых почти нет округлых алмазов, он равен только 1-6 мг.
В россыпях северных районов Якутии кроме прозрачных округлых алмазов уральского (бразильского) типа, широко распространенных в других регионах, содержатся также в большом количестве темные округлые алмазы V и VII разновидностей по классификации Ю.Л. Орлова [7]. Их темный цвет обусловлен присутствием в них внешних зон, обогащенных флюидными включениями. Стенки этих включений покрыты
В, мг
• 1 +2 03 *4
20 40 60 80 Окр,%
Рис. 2. Соотношение доли округлых кристаллов среди алмазов с их средним весом (В) в кимберлитовых трубках (1), в россыпях в районе кимберлитов полей (2), в россыпях, удаленных от кимберлитовых трубок Якутии (3), в россыпях Вишерского Урала (4). Использованы данные [5, 6]
Рис. 3. Округлая промежуточная зона в кубическом кристалле алмаза [10]
графитом. Эти алмазы получили название округлых алмазов эбеляхского типа по р. Эбелях, где доля этих алмазов в россыпях достигает 49,6% [6]. Такие алмазы почти отсутствуют в кимберлитах Якутии, но встречаются в более богатых кремнекислотой кимберлитах Архангельской провинции. Доля их, как и алмазов уральского типа, возрастает с увеличением содержания в кимберлитах кремнекислоты [2]. Это свидетельствует о кристаллизации их, как и алмазов уральского типа, на поздних стадиях фракционирования перидотитового слоя магматического океана. Обилие в их внешней зоне флюидных включений указывает на то, что завершение их роста происходило на самой поздней стадии фракционирования перидотитового слоя магматического океана, когда остаточный расплав был сильно обогащен летучими компо-
нентами. Округлые алмазы эбеляхского типа завершали свой рост на более поздней стадии фракционирования, чем алмазы уральского типа, поэтому они в среднем должны быть крупнее, чем прозрачные алмазы уральского типа. Это подтверждается тем, что в россыпи р. Беен-чиме (левый приток р. Оленек) округлые кристаллы эбеляхского типа имеют средний вес 56,0 мг, уральского - 21,8 мг, а плоскогранные -только 17,2 мг [6].
Еще более убедительным доказательством ростового происхождения округлых алмазов является присутствие в них и в некоторых плоскогранных кристаллах округлой ростовой зональности. Такой тип зональности выделяется в наиболее крупных работах по строению кристаллов алмаза [5, 8, 9]. Рис. 3 иллюстрирует нарастание округлых зон на плоскогранное октаэдрическое ядро в алмазе с оболочкой из Бразилии [10]. В результате такого нарастания октаэдрический кристалл преобразовался в слабо округлый куб. Происхождение округлой зональности невозможно объяснить с позиций гипотезы растворения. Следует отметить, что поверхность округлых кристаллов при ростовом их происхождении может не соответствовать очертаниям внутренних зон. Это связано с изменением ориентировки образующихся слоев при росте и не доказывает протекание процессов растворения.
На гранях округлых кристаллов уральского типа, так же как на плоскогранных кристаллах, иногда сохраняются остатки металлических пленок, с участием которых, видимо, происходил рост алмазов. Округлые кристаллы обычно имеют более легкий изотопный состав углерода, чем плоскогранные алмазы [11]. Их правильнее называть выпуклогранными, поскольку у них имеются острые ребра и вершины.
Таким образом, о ростовом происхождении округлых кристаллов алмаза свидетельствует большое количество данных. Полученные результаты согласуются с выводом З.В. Барто-шинского и В.Н. Квасницы [12] о том, что несомненные признаки растворения в природных алмазах весьма редки - единицы на десятки тысяч кристаллов. Вряд ли может существовать такой процесс растворения, при котором в кристаллах округлялись бы только грани, сохранялись острые ребра и вершины, кристаллы оставались в среднем более крупными и имели бы другие примеси, чем нерастворявшиеся. Наиболее широкое распространение крупных округлых кристаллов алмаза в россыпях свидетельствует о богатом кремнекислотой лампроитовом их коренном источнике, представленном преимущественно покровами туфов [1].
Литература
1. Шкодзинский В. С. Генезис кимберлитов и алмаза.
- Якутск: ОАО «Медиа-холдинг Якутия», 2009. - 352 с.
2. Персиков Э.С. Вязкость магматических расплавов. - М.: Наука, 1984. -160 с.
3. Чайковский И. И. Петрология и минералогия интрузивных алмазоносных пирокластитов Вишерского Урала. - Пермь: Изд-во Пермского ГУ, 2001. - 324 с.
4. Ларченко ВА., Павленко Т.А., Минченко Г.В., Степанов В.П. Генерации алмазов в кимберлитах Зимнего Берега // Геология алмазов - настоящее и будущее.
- Воронеж: Изд-во ВГУ, 2005. - С. 1054-1075.
5. Аргунов К.П. Алмазы Якутии. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. - 402 с.
6. Граханов СА., Шаталов В.И., Штыров В.А. и др. Россыпи алмазов России. - Новосибирск: ГЕО, 2007.
- 457 с.
7. Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза. - М.: Наука, 1973. - 223 с.
8. Бескрованов В. В. Онтогения алмаза. - Новосибирск: Наука, 2000. - 264 с.
9. Илупин И.П., Ваганов В.И., Прокопчук Б.И. Кимберлиты. - М.: Недра, 1990. - 248 с.
10. Shiryaev A., Izraeli E.S., Haueri E. H. et al. Fluid-inclusions in Brazilian coated diamonds // 8th Kimberlite Conference. Long Abstract. Victoria, Canada, 2003.
11. Шкодзинский В.С. Природа различных соотношений изотопов углерода в алмазах // Наука и образование. - 2011. - № 4. - С. 7-11.
12. Бартошинский З.В., Квасница В.Н. Кристал-ломорфология алмазов из кимберлитов. - Киев: Наукова думка, 1991. - 172 с.
Поступила в редакцию 29.02.2012
УДК 550.4:552.578.(571.56)
Высокоуглеродистые породы куонамской горючесланцевой формации как источник комплексного минерального сырья
И.Н. Зуева, В.А. Каширцев, ОН. Чалая
Проведены геохимические исследования по изучению состава высокоуглеродистых пород куонамской горючесланцевой формации. Установлено, что горючие сланцы характеризуются высоким нефтегенерационным потенциалом и большим содержанием микроэлементов: Mo, U, Cu, V, Ni, Co, Cr, Sr, Ba и др. и могут рассматриваться как комплексное энергетическое и минеральное сырьё.
Ключевые слова: горючие сланцы, куонамская формация, кероген, органическое веществ, битумои-ды, микроэлементы, порфирины.
The geochemical investigation on organic rich rocks of the Kuonamsky Oil Shale Formation is conducted. It is established that the oil shales are of high oil generation potential, characterized with high content of microelements - Mo, U, Cu, V, Ni, Co, Cr, Sr, Ba and others and may be considered as a complex source of raw materials for energy and mineral substences.
Key words: oil shales, the Kuonamsky Formation, kerogen, organic matter, bitumoids, microelements, porphyrins.
Горючие сланцы представляют наибольший интерес среди альтернативных нефти источников промышленной энергетики. Детальное изучение состава горючих сланцев (органического вещества, минеральной составляющей, металлов) является основой для использования их химического потенциала. Очевидно, что сланцы, в составе которых высоко содержание орга-
ЗУЕВА Ираида Николаевна - к.г.-м.н., в.н.с. ИПНГ СО РАН, і.п.тиеуа@ір^. ysn.ru; КАШИРЦЕВ Владимир Аркадьевич - чл.-корр. РАН, д. г.-м. н., зам. директора Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, kashircevVA@ipgg.nsc.ru; ЧАЛАЯ Ольга Николаевна - к.г.-м.н., зав. лаб. ИПНГ СО РАН, 33-58-33.
нических веществ, целесообразнее не сжигать, а перерабатывать в ценные химические продукты и для получения сланцевой нефти (сходной по составу с обычной нефтью). В горючих сланцах высоко содержание минеральных веществ, щелочных, щелочноземельных и редких металлов, известняка, предельно большой выход летучих. Геохимические исследования и систематизация данных по составу органической и минеральной части горючих сланцев будут способствовать вовлечению их ресурсов в развитие сырьевой базы промышленности.
На востоке Сибирской платформы в разрезе кембрийской части осадочного чехла установлена куонамская формация битуминозных отложений глинисто-карбонатного и кремнисто-
