Палажченко Ольга Валерьевна
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
|
содержание |
Актуальность темы исследований
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; Джейкс, 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 al., 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 определен весьма широкий набор типоморфных особенностей алмаза - морфология, 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.
На территории России выделено две алмазоносные провинции - Якутская (ЯАП, Сибирская платформа) и Архангельская (ААП, Восточно-Европейская платформа). На сегодняшний день многие алмазные месторождения Якутской провинции близки к исчерпанию. Открытая в 1980 году Архангельская алмазоносная провинция является перспективной для открытия новых месторождений алмаза и разработки уже открытых. За последние 25 лет на территории Архангельской провинции с наибольшим вниманием изучались кимберлитовые трубки месторождения им. М.В. Ломоносова (Золотицкое поле), которые относятся к среднеалмазоносным; трубка Архангельская запущена в эксплуатацию с 2005 года. 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 уже готовится ТЭО на разработку этого месторождения.
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 трубки им. В. Гриба и трубки 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 методика 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 <АРХАНГЕЛЬСК-ГЕОЛДОБЫЧА>; 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 <АЛРОСА-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 OAO <СЕВЕРАЛМАЗ>; 60 плоскопараллельных пластинок и пришлифованных половинок кристаллов, изготовленных при распиливании алмазов по плоскостям (111), (100), (101) и через включения (организация <Алмазный мир> АК <АЛРОСА-Москва>).
Комплексное исследование алмазов включало детальное изучение следующих характеристик кристаллов: морфология, внутреннее строение, люминесцентное свечение, содержание примесных дефектов азота, водорода и плейтелетс, 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 (Carl Zeiss) и растровым электронным микроскопом JSM-820 фирмы (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 (КР). Определение количественного химического состава минералов-включений и картин распределения химических элементов выполнены на микроанализаторе SX-1 фирмы <СAMECA> (Франция) и растровом электронном микроскопе JSM-820, снабженном энергодисперсионным полупроводниковым детектором AN-85/10 S фирмы (Великобритания) с компьютерной системой для обработки анализов. Изучение ИК-спектров алмазов проводилось на спектрофотометре Specord M-80 фирмы (Германия). На этом же приборе получены локальные ИК-спектры зон алмаза размером 0.1-0.3 мм, выделенных при помощи диафрагмы с учетом данных ЦКЛ. Проведены исследования методами: электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), нейтронно-активационным анализом (НАА). Разрушающие: изотопный анализ углерода получен с помощью изотопного масс-спектрометра (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 электронно-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 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 ААП; в изучении возможности восстановления условий генезиса алмаза, используя совокупность его свойств и характеристик; в 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 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 и 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: они состоят из алмаза-зародыша первой генерации и 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 Карпинского-1, что сопровождается различием изотопного состава углерода в них.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Включает 350 страниц текста, 150 рисунков и 31 таблицу, а также список литературы из 161 наименования публикаций отечественных и зарубежных авторов.
Краткое содержание работы
Во введении сформулирована актуальность постановки темы, определены цель и задачи диссертационной работы, отмечена ее научная новизна и практическая значимость.
В главе 1 на основании литературных источников кратко изложены: история открытия, геологическое строение и состояние изученности Архангельской алмазоносной провинции (ААП). Описаны: размещение и строение трубок месторождения им. М.В. Ломоносова и месторождения-трубки им. В. Гриба, дана минералогическая характеристика их пород.
В главе 2 кратко изложены основные литературные сведения об алмазе: морфология кристаллов, размерно-весовые характеристики, физические свойства, особенности внутреннего строения, общие сведения о генезисе алмаза, изучении включений в алмазе и др. Изложена основная проблематика в изучении алмаза: рост, источники вещества, специфика алмазных парагенезисов и другое.
В главе 3 представлена общая информация об основных характеристиках алмаза из среднеалмазоносных и убогоалмазоносных тел Золотицкого, Верхотинского, Кепинского и Ижмозерского полей ААП.
В главе 4 представлены результаты оригинальных исследований кристаллов алмаза из кимберлитовых трубок им. В. Гриба и им. Карпинского-1. Изучены следующие особенности кристаллов: морфология, микроморфология поверхности, внутреннее строение, некоторые физические свойства, изотопный состав углерода и другие. Получен химический состав минералов-включений, определен преобладающий парагенезис алмаза. Приведены результаты сравнительного анализа кристаллов алмаза из двух трубок. Подтверждено предположение о различных условиях образования алмаза в трубках и неоднократном изменении условий роста в процессе кристаллизации. Доказаны дискретность природного алмазообразования в данных трубках и присутствие по меньшей мере двух генераций алмаза.
В главе 5 на основании литературных источников и оригинальных исследований дана краткая сравнительная характеристика алмазов из кимберлитовых трубок им. В. Гриба, им. Карпинского-1 ААП и трубок Удачная, Мир, Нюрбинская и Айхал ЯАП.
В заключении сформулированы основные выводы по результатам исследований, намечены перспективы дальнейшего изучения алмазов ААП.
Работа выполнена на кафедре минералогии Геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и институте Геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ РАН). Ряд исследований проведен в ВНИИСИМС, ЦНИГРИ и на Физическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова.
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).
Благодарности
Автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям: д.г.-м.н., В.К. Гаранину и д.г.-м.н., академику РАН, профессору МГУ им. М.В. Ломоносова, директору ГЕОХИ РАН Э.М. Галимову за высокую профессиональную помощь и консультации в процессе проведения научно-исследовательской работы, обработки и обобщения полученного материала, а также за проявленное доверие и всестороннюю поддержку в научных начинаниях.
Автор с уважением и добрыми чувствами помнит и чтит память своего первого учителя, геолога-алмазника, д.г.-м.н. Галины Петровны Кудрявцевой, которая оказала неоценимое влияние на научный рост диссертанта и всегда была примером для достижения новых высот в науке.
Автор выражает глубокую признательность д.г.-м.н. А.А. Ульянову, д.г.-м.н. И.В. Пекову, к.г.-м.н. О.В. Кононову и к.г.-м.н. Т.В. Посуховой за исчерпывающие консультации в процессе проведения исследовательских и аналитических работ, а также за ценные советы и дополнения к диссертации.
За помощь в выполнении и оформлении работы, консультации и поддержку автор выражает искреннюю благодарность к.г.-м.н. Г.И. Бочаровой, к.г.-м.н. К.В. Гаранину, к.г.-м.н. А.В. Бовкун.
Автор благодарен коллективам кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии Геологического факультета МГУ за огромную помощь в проведении исследований алмаза в лабораториях: спектроскопии комбинационного рассеяния - к.г.-м.н. М.Ф. Вигасиной; электронно-зондового анализа - И.А. Брызгалову; экспериментальной термодинамики и термохимии минералов - вед.н.с. И.А. Киселевой, ст.н.с. Л.В. Мельчаковой и ст.н.с. Л.П. Огородовой.
Автор выражает особую благодарность исследователям института ГЕОХИ РАН: за помощь в изучении состава минералов-включений на электронном микрозонде - к.х.н. Н.Н. Кононковой; за обучение работе на изотопном масс-спектрометре и проведение анализа изотопного состава углерода - заведующему лабораторией масс-спектрометрии к.г.-м.н. В.С. Севастьянову; за помощь в проведении нейтронно-активационного анализа - к.г.-м.н. Г.М. Колесову.
Автор восхищается профессионализмом и выражает признательность за проведение измерений ИК-спектров кристаллов алмаза и подсчет концентраций дефектов в алмазе сотруднику ЦНИГРИ, к.г.-м.н. Г.К. Хачатрян.
Автор благодарен коллективам филиала АК <АЛРОСА> в г. Архангельске <АЛРОСА-Поморье>, ЗАО <Архангельскгеолразведка>, ОАО <Архангельскгеол-добыча> и ОАО <Севералмаз>, в частности, к.г-.м.н. Е.М. Веричеву, к.г-.м.н. Н.Н. Головину, к.г-.м.н. В.В. Вержаку, к.г-.м.н. С.М. Безбородову за доверие и оперативность в предоставлении коллекций кристаллов алмаза.
|
