Морфология и спектроскопические свойства октаэдрических кристаллов алмаза из месторождений Якутской алмазоносной провинции (на примере трубок Мир, Удачная, Юбилейная и Комсомольская)

Часть 3. Обсуждение результатов исследований.

В этой главе обсуждаются результаты проведенных исследований в замках поставленных задач.

Глава 3.1. Природа морфологических особенностей рельефных октаэдрических кристаллов алмаза

Совокупность результатов проведенных визуально-гониометрических, электронно-микроскопических и спектроскопических исследований служит основой для предметного обсуждения дискутируемого в литературе вопроса о природе их огранки, являются ли особенности рельефа октаэдрических кристаллов алмаза формами роста или результатом эндогенного растворения. В отношении ростовой природы острореберных плоскогранных октаэдрических кристаллов и морфологической О-Т серии рельефных кристаллов с тригональными формами ступенчато-слоистого рельефа с параллельной штриховкой вдоль ребер у всех исследователей нет никаких сомнений. Идеальные формы острореберных плоскогранных октаэдрических кристаллов алмаза отвечают равновесным стабильным условиям медленной кристаллизации, в отличие от рельефных ступенчато слоистых рельефных форм роста. Разногласия касаются происхождения дитригональных слоисто-ступенчатых форм рельефа октаэдрических кристаллов. Представленные в настоящей работе данные полностью описываются моделью прерывисто-ускоренного послойного роста октаэдрических граней. В результате последовательного вырождения октаэдрических граней с тригональными контурами октаэдрические кристаллы О-Т серии приобретают псевдоромбоэдрические выпуклые формы с комбинационной параллельной штриховкой, превращаясь в додекаэдроиды. Точно также кристаллы О-DТ серии с дитригональными гранями роста выстраиваются в ряд с выпуклыми псевдогексаоктаэдрическими формами со сноповидной комбинационной штриховкой вдоль ребер, преобразуясь в псевдогекаоктаэдроиды или псевдотетрагексэдроиды. Полное соответствие деталей внешней огранки и зональности, выявляемой на ЦКЛ изображениях поперечных срезов кристаллов алмаза О-Т и О-DТ серий, острореберные ограничения на ступеньках, положительные формы гладких граней и отрицательные форм на полигональных гранях, грубые борозды и тонкая штриховка на псевдогранях на макро- и электронно-микроскопическом уровнях исключают возможность их образования в результате растворения вопреки аргументам в работах.(Орлов 1963,1973).

Глава 3.2. Морфологические разновидности и содержание дефектов.

В решении проблемы происхождения рельефных форм октаэдрических кристаллов алмаза важную роль играет вопрос о связи между морфологией и содержанием азота. На микроскопическом уровне установлено (Каминский, Хачатрян, 2002; .Буланова и др.,.2003; Васильев и др, 2007), что во многих октаэдрических кристаллах алмаза центральные части кристаллов, представленные кубическими формами, обычно обогащены примесью азота. В секториально-зональных кристаллах азот локализуется чаще в кубических секторах нормального роста, в ритмично-зональных кристаллах содержание азота меняется скачкообразно, внешние зоны как правило обеднены азотом. В нашей работе установлена функциональная связь между морфологией и содержанием азота в дефектах для октаэдрических кристаллов алмаза О-Т и О-DТ серий: среди кристаллов I морфологической группы и большинства кристаллов II группы О-Т серии преобладают индивиды с очень низким, низким и умеренным содержанием азота в отличие от кристаллов III группы О-DТ серии с умеренным, высоким и очень высоким средним содержанием азота. Кристаллы О-Т и О-DТ серий из различных трубок отличаются видом функциональной зависимости между коэффициентами нормировки площадей полос поглощения каждого основного дефекта и их интегральной площади (Таблица 3).

Глава 3.3. Распределение морфологических разновидностей алмаза с различным содержанием дефектов в кимберлитовых трубках.

По коэффициентам нормирования площади полос ИК установлены закономерности распределения в изученных кимберлитовых трубках октаэдрических кристаллов О-Т и О-DТ серий с различным содержанием азота. По величине K_S среди октаэдрических кристаллов в них могут быть выделены три группы (популяции по (Хачатрян,2003)), отличающиеся содержанием суммарного азота

Бимодальное распределение кристаллов на гистограмме соответствует приблизительно равному соотношению преобладающих групп с относительно низкими (максимум около 0,3) и высокими (максимум около 0,8-1,0) значениями; им заметно количественно подчинены кристаллы с очень высоким значением K_S (1,2- 2,0). (Рис.18).

В трубке Юбилейной преобладают кристаллы с низким (до 0,3) значением K_S при подчиненном количестве кристаллов с высокими (0,3 - 1,0) и очень высокими (1,2-1,4) значениями. Трубка Удачная в основном представлена почти в равной мере кристаллами с очень низкими и высокими (до 1,0) значениями K_S и в значительно меньшей мере - с высокими (до 1,0) и очень высокими (1,0-1,3 и 1,7-2,0) значениями K_S. Трубка Комсомольская по низким (до 0,3), высоким (0,3-1,0) и очень высоким значениям K_S близка к трубке Удачная. Трубка Мир отличается от всех остальных трубок преобладанием кристаллов с промежуточными и высокими значениями K_S (0,4-1,2) при небольшой доли кристаллов с низкими (до 0,4) и очень высокими (1,2 - 1,6) значениями K_S.

Значительно более контрастное распределение кристаллов алмаза в трубках обнаруживается по значениям коэффициентов нормировки площадей полос поглощения K_sA = S_A / S_o, K_sВ1 = S_B1/ S_o и K_sС = S_C / S_o, связанных с А-, В1(В)- и С-дефектами, соответственно. В распределении кристаллов из трубок Юбилейная и Удачная характерно резкое преобладание индивидов с очень низким (до 0,2) и низким (до 0,4) значениями K_SA при резком подчинении кристаллов с промежуточными и высокими (до 1,0) значениями. В трубке Комсомольской при преобладании кристаллов с низкими значениями K_SA доля кристаллов с высоким содержанием (до 1.0) существенно выше. Трубка Мир отличается от всех трубок очень малой долей кристаллов с низким (до 0,4) и резким преобладанием с промежуточным и высокими (0,4-0,8) значениями.K_SA (рис.19).

Обнаруживается сходное распределение кристаллов алмаза по значениям KSВ1 в трубках Юбилейная, Удачная и Комсомольская с преобладанием очень низких (до 0,2) значений и меньшей долей низких (до 0,4) значений в отличие от трубки Мир, где низкая доля кристаллов с очень низким (до 0,2) значением.(рис.20)

В трубке Юбилейной равномерное распределение кристаллов со значениями со значением до 0,3, 0,3-0,7 и 0,7 -1,0.. В остальных трубках значения KSС не превышают 0,2 (Рис.21).

Для расчетов содержания азота в разных формах по величине КS согласно функции типа для каждого дефекта использовались приведенные выше функциональные зависимости К_sA ~ К_S К_sВ1 ~К_S и К_sС ~К_S отдельно для кристаллов О-Т и О-DТ серий из всех изученных трубок (см. таблицу3). Полученные результаты расчетов позволяют исследовать функциональные связи между содержанием азота в различных формах, содержания азота в каждом дефекте от суммарного содержания азота, а затем оценить степень агрегации азота в каждой форме по отношению доли азота в агрегированной форме относительно суммарного содержания азота.

Глава 3.4. Градиенты равновесной температуры и условия образования плоскогранных и рельефных октаэдрических кристаллов

Наиболее показательна изменчивость степени агрегации азота в В1 форме, рассчитанная относительно суммарного содержания азота в А- и В1-форме, что позволяет сравнивать полученные данные с представлениями аналогичных расчетов в виде предложенной Тейлором (Taylor et. Al., 1991) диаграммы N_S ~ B₁/(N_A+N_B1) % c изотермами равновесной температуры, расчитанными при условии стабильности температурного режима в мантийных условиях в течение 2 млрд лет (рис.22).

Для кристаллов О-Т и О-DТ серий из различных трубок определены различные по величине градиенты и по направлению векторы изменения содержания азота и степени его агрегации. Позиции трендов на диаграммах достаточно индивидуальны. Тренды кристаллов О-Т и О-DТ в каждой трубке почти параллельны, иногда совпадают, чаще разобщены в разной степени в соответствии с различной степенью агрегации азота. В большинстве трубок кристаллы О-DТ серии содержат меньше азота в агрегированной форме, чем кристаллы О-Т серии. Вариации содержания в кристаллах в основном находятся в пределах от 50 до 800 аt.ррm, что соответствует интервалу равновесной температуры от 1160 до 1100^oС. В целом эти оценки данные соответствуют усредненным данным аналогичных расчетов для алмаза из трубок Далдын-Алактиского района АЯП, приведенным в работах (Хачатрян, 2003; Chachatryan, Kaminsky, 2003). За эти пределы выходят только в высокотемпературных частях О-Т тренда кристаллов трубки Юбилейная, достигая почти 1200оС и О-DТ тренда трубки Мир (до 1175^oС), представленного отдельными кристаллами. Этим градиентам равновесной температуры соответствует рассчитанная (при условии, что геотермический градиент около 6^oС/км, а латеральными градиентами температуры можно пренебречь), глубина залегания алмазоносного очага в пределах от 180 - 200 км. Относительно небольшой градиент равновесной температуры - всего около 160оС соответствует интервалу глубин, в котором происходило образование алмаза около 20 км.

Тренды равновесной температуры для кристаллов ОТ и О-DТ серий весьма индивидуальны по всем параметрам (рис. 23): по градиентам равновесной температуры, по степени агрегации азота в В1(В)-форме и по содержанию В2(Р)-дефектов (рис.23) и их зависимости от общего содержания азота и, наконец, визуально по кривизне. Тренды всех трубок кроме трубки Мир, отличающегося линейностью, характеризуются некоторой кривизной, отражающей непростую зависимость степень агрегации азота в форме В1(В)-дефекта от общего содержания азота и от температуры.

Для части кристаллов О-Т и О-DТ серий из трубок Удачная и Комсомольская и части кристаллов О-Т серии из трубки Юбилейная характерны пологие ветви трендов вдоль изотермы около 1155^oС. В пределах этой высокотемпературной части тренда кристаллы алмаза выстраиваются по степени агрегации азота в В1(В)-форме независимо от принадлежности к О-Т или О-DТ серии и от содержания суммарного азота. Это предполагает существование на глубине около 190 км стабильных условий образования алмаза с относительно низким содержанием азота. Значительный разброс значений степени агрегации азота в В1(В)-форме и содержания планарных В2(Р)-дефектов обусловлен вероятно кинетическими факторами. Крутой изгиб каждого тренда равновесной температуры кристаллов в направлении резкого снижения равновесной температуры сопровождается уменьшением степени агрегации азота в В1(В)-дефекта и соответствующим ростом содержания образующихся за их счет планарных В2(Р)-дефектов.

Большинство кристаллов алмаза О-DТ серии из трубки Мир отличаются сравнительно небольшим градиентом равновесной температуры в низкотемпературном интервале (1080-1125^oС) и линейным трендом пропорционального увеличения степени агрегации азота в В1(В) форме (20-30%В1) и содержания планарных В2(Р)-дефектов в зависимости от общего содержания азота и уменьшения от температуры.

Тренды трубки Юбилейной явно отличаются отсутствием изотермической ветви. Кристаллы О-Т серии образуют тренд с самым значительным по величине градиентом равновесной температуры (1110-1180^oС) и большей степенью агрегации азота (50%В1) по сравнению с О-DТ серией, уменьшающейся с понижением температуры. Кристаллы О-DТ серии отличаются от кристаллов О-Т серии меньшими значениями градиента равновесной температуры (1080-1150^oС), степень агрегации азота (около 35%В1) почти не меняется. В низкотемпературной области тренды по степени агрегации азота в В-формах сближаются.

Более значительная, но различная для кристаллов алмаза О-Т и О-DТ серии в каждой трубке величина градиента равновесной температуры определяется конкретным интервалам глубин образования алмаза, которые характеризуются менее стабильными условиями в неоднородном по составу мантийном субстрате, являющегося источником алмаза каждой кимберлитовой трубке.

Полученные данные позволяют предполагать связь большинства октаэдрических кристаллов О-Т серии с относительно низким содержанием азота и высокой равновесной температурой образования с перидотитовым субстратом, а кристаллов О-DТ серии - с эклогитовым. Эти выводы согласуются с известными данными о минеральных включениях и изотопном составе аналогичных кристаллов алмаза. Однако уверенное решение этого вопроса требует проведение дополнительных исследований на более широком круге объектов с изотопным анализом и специальным изучением минеральных включений.

Таким образом, принадлежность октаэдрических кристаллов алмаза О-Т и О-DТ серии к определенному тренду равновесной температуры является обобщенным типоморфным признаком, может служить одним из критериев их генетической идентификации и использоваться при паспортизации алмазоносных трубок и в качестве поискового признака при проведении геолого-разведочных работ.