Копчиков Михаил Борисович
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
|
содержание |
Актуальность исследований
Современное понятие о типоморфизме, введенное в минералогию А.Е. Ферсманом, означает <генетическую обусловленность характерных свойств и признаков минералов>, т.е. типоморфные признаки минералов непосредственно характеризуют условия их формирования. Одним из ключевых элементов в системе прогнозирования, поисков и оценки алмазных месторождений являются типоморфные особенности самого алмаза, которые позволяют прогнозировать наличие алмазоносных кимберлитов на рассматриваемой территории, производить идентификацию алмазных ореолов, выявлять связь с уже известными трубками или неустановленными коренными источниками, оценивать качество и стоимость алмазов [Ваганов, 2000]. В настоящее время выявлен широкий спектр типоморфных свойств алмаза - морфология, распределение примесных азотных и водородных центров, внутреннее строение, изотопный состав углерода и другие, которые специфичны для кристаллов каждого коренного месторождения.
Открытие первого месторождения алмазов в начале 80-х годов им. М.В. Ломоносова в Архангельской области, а позднее в 1996 г. месторождения им. В. Гриба, позволили рассматривать этот район в качестве нового промышленного источника алмазов, который получил название - Архангельская алмазоносная провинция (ААП). На сегодняшний день понятно, что промышленный потенциал ААП в полной мере не оценен, поэтому одним из актуальных направлений является детальное исследование свойств самого алмаза - важного индикатора для прогнозирования и поиска новых месторождений. Повышенный интерес исследователей к данному региону наблюдается в последние 20-25 лет. Наиболее значимые работы по исследованию месторождений алмаза, кимберлитов и родственных им пород, а также самого минерала алмаз в Архангельской алмазоносной провинции принадлежат: Махину, 1991; Бартошинскому и др., 1992; Галимову, 1994; Побережской, 1995; Минеевой и др., 1996; Н.В. Соболеву и др., 1997; Богатикову и др., 1999; Саблукову и др., 2000; Вержаку, 2001; Захарченко и др., 2002; Веричеву, 2002; Головину, 2003; Посуховой и др., 2004; Кудрявцевой и др., 2005; К.В. Гаранину, 2006; Хачатрян и др., 2008; Палажченко, 2008; Третяченко, 2008. Ряд этих статей, монографий и атласов, посвящено преимущественно изучению типоморфных особенностей алмаза из месторождений им. В. Гриба и им. М.В. Ломоносова, в то время, как в провинции помимо семи средне- и высокоалмазоносных трубок кимберлитов насчитывается еще более 80 тел, сложенных щелочно-ультраосновными породами и образующих семь самостоятельных полей, в которых установлен алмаз. Степень изученности алмаза из этих объектов является недостаточной и, в основном, относится к раннему этапу открытия тел (до 1987 г.), а в ряде случаев данные об алмазах из трубок и даже целых полей отсутствуют. Существующие на сегодняшний день литературные сведения по алмазу из непромышленных тел ААП [Махин, 1991; Побережская, 1995], содержат, в основном, результаты визуального изучения свойств алмаза (размера, морфологии, окраски) на немногочисленном фактическом материале. Кроме того, в последние несколько лет на территории провинции открыто восемь новых тел, некоторые из которых содержат кристаллы алмаза [Вержак и др., 2006].
В связи с этим, сегодня весьма актуальным является исследование кристаллов алмаза из тел со слабой и убогой алмазоносностью, для обобщения данных по типоморфизму алмаза всей Архангельской алмазоносной провинции и решения важнейших генетических, поисково-прогнозных и оценочных задач.
Цели и задачи работы
Целями настоящей работы явились:
1. Выявление типоморфизма алмаза из малоизученных трубок и тел Зимнебережнего района ААП.
2. Сопоставление типоморфных особенностей алмаза из месторождений им. В. Гриба, им. М.В. Ломоносова и слабоизученных объектов для оценки условий генезиса алмаза провинции в целом.
3. Использование данных по типоморфным характеристикам алмаза для решения поисково-прогнозных и оценочных задач.
Для достижения поставленных целей потребовалось решить следующие конкретные задачи:
Обобщить современные представления о типоморфизме алмаза ААП.
Изучить представительную коллекцию кристаллов алмаза с поисковых участков (кристаллы были извлечены в результате поисково-разведочных работ) из трубок (кроме трубок месторождений) семи малоизученных полей Зимнебережнего района ААП: Золотицкого, Верхотинского, Кепинского, Ижмозерского, Турьинского, Полтинского и Пинежского. Для этого:
- провести подробное морфологическое описание кристаллов алмаза (размер, масса, габитусный тип, характер поверхности, степень сохранности, деформации, включения и др.);
- исследовать распределение структурных дефектов азота и водорода.
Сопоставить типоморфные свойства алмазов изученных трубок каждого поля, дать общую характеристику особенностей алмазов всей провинции с привлечением литературных данных по известным месторождениям района и охарактеризовать специфику генезиса алмаза в процессе эволюции.
Рассмотреть возможность применения полученных типоморфных свойств алмаза ААП на разных стадиях геологоразведочного процесса, а именно:
- дать характеристику первоисточникам и возможному направлению их поиска для алмазов из россыпей Северного Тимана;
- провести эксперимент по изменению (улучшению) цветовых и качественных характеристик кристаллов алмаза трубки Архангельская методами протонного облучения и нагревания (отжига) при высоких давлениях и температурах.
Фактический материал, методы и объем проводимых исследований
В основу работы положены оригинальные результаты собственного изучения 1688 кристаллов алмаза с семи поисковых участков Зимнебережнего района Архангельской алмазоносной провинции, которые были предоставлены компанией ОАО <Архангельскгеолдобыча> (табл. 1). Дополнительно двадцать кристаллов алмаза, относящиеся к телам из новых открытий в ААП - трубки Кепинского поля Галина, Рождественская и сил 746б, были получены от компании <АЛРОСА-Поморье> АК <АЛРОСА>.
Помимо наиболее значимых объектов, краткая характеристика которых приведена в таблице 1, коллекция включала алмазы из 25 трубок и тел, различающихся по содержанию алмазов (от единичных кристаллов до одного десятка), в том числе из Турьинского, Полтинского и Пинежского полей локализации толеитовых базальтов, а также алмазы из россыпей Северного Тимана в количестве 22 штук и 8 кристаллов из трубки Архангельская (месторождение им. М.В. Ломоносова).
Коллекция алмазов, изученная в работе, была специально составлена для решения важных минералогических, генетических, практических и прогнозно-поисковых задач.
| Таблица 1. Краткая характеристика коллекции исследуемых кристаллов алмаза |
| Наиболее значимый объект | Тип породы | Количество кристаллов |
| Золотицкое поле |
| Снегурочка | Кимберлит II типа | 1075 |
| Первомайская | 167 |
| Кольцовская | 97 |
| Кепинское поле |
| Степная | Кимберлит I типа | 57 |
| Юрасская | 30 |
| Верхотинское поле |
| Волчья | Оливиновый мелилитит | 71 |
| Ижмозерское поле |
| Чидвия | Оливиновый мелилитит | 57 |
| Апрельская | 20 |
Вместе с этими оригинальными исследованиями использовался многочисленный многолетний материал по изучению свойств алмаза ААП лабораторией месторождений алмаза геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (данные по 7000 кристаллам алмаза, в том числе из месторождений им. М.В. Ломоносова и им. В. Гриба). Также были использованы и литературные материалы (сведения по 5000 кристаллам алмаза), полученные в разные годы сотрудниками ЦНИГРИ МПР России, ЯНИГП ЦНИГРИ АК <АЛРОСА>, компанией <АЛРОСА-Поморье> и другими.
Основой методологии работы является детальное комплексное исследование следующих характеристик алмаза: морфологии, распределения и содержания примесных дефектов азота, водорода и плейтелетс, влияния внешнего воздействия на физические свойства кристаллов: цвет, качество, прочность. В качестве основных были выбраны следующие неразрушающие методы: изучение морфологии проводилось на микроскопе фирмы Motic ZMS-143 (Испания-Китай) и бинокулярном микроскопе МБС-10 (Россия) с использованием фотокамеры Motic и фотонасадки Nikon (Япония) для получения фотографий формы кристалла и некоторых элементов поверхности (морфологическое описание более 1000 кристаллов). Детальное изучение поверхности алмазов проведено с использованием поляризационного микроскопа AxioPlan2 Imaging (Carl Zeiss) и растрового электронного микроскопа JSM-820 фирмы (Япония) (более 150 электронных растровых фотографий кристаллов и их поверхности). ИК-спектры алмазов регистрировались на приборе Nicolette 380 фирмы Thermo Nicolette (США), оборудованном микроскопом Centaurus и приставкой для локальной съемки со спектральным разрешением 4 см-1 в диапазоне 600-4000 см-1. Количественно определены основные примесные центры в алмазе: азот в А-форме, В-форме, водород и плейтелетс (более 400 спектров и 1500 определений концентраций азотных и водородных центров). Абсолютная ошибка определения концентраций азота не превышала 20 at. ppm. Спектры катодолюминесценции регистрировались в диапазоне 350-1100 нм при комнатной температуре и температуре жидкого азота (77 К) и записывались на установке "Электронная пушка" со спектрофотометром ДФС-12 (72 спектра). Дополнительно, для решения ряда экспериментальных и практических задач были задействованы следующие методы исследования: абсорбционная спектроскопия в видимой области (более 20 спектров), цветная катодолюминесценция на растровом электронном микроскопе StereoScan MK2A с приставкой для цветной катодолюминесценции (10 изображений).
Научная новизна и практическая значимость работы
Впервые проведено детальное изучение кристаллов алмаза из малоизученных тел кимберлитовых, оливин-мелилититовых и базальтовых полей Зимнебережнего района Архангельской алмазоносной провинции: получены абсолютно новые данные по морфологии и физическим свойствам алмаза из тел Ижмозерского, Турьинского, Полтинского и Пинежского полей, а также отдельных трубок Золотицкого, Верхотинского и Кепинского полей.
Установлены первые данные об алмазе из недавно открытых в провинции кимберлитовых трубок Кепинского поля - Галина, Рождественская и 746б.
Впервые систематизированы данные о распределении структурных дефектов в алмазах из слабо- и убогоалмазоносных трубок и тел ААП.
Результаты исследований позволили по новому охарактеризовать особенности алмаза всей провинции, в том числе выявить дискретность процесса алмазообразования для всех трубок и тел ААП.
Впервые предложена схема эволюции алмаза, взаимосвязанная с латеральной зональностью [Богатиков и др., 1999] кимберлитовых и родственных тел Зимнебережного района ААП.
Проведенные исследования позволяют решить ряд практических задач:
использовать типоморфные свойства алмаза ААП на разных стадиях геологоразведочного процесса, как в самой провинции, так и за ее пределами, в том числе для характеристики возможных первоисточников россыпных алмазов на территории Русской платформы;
применять метод облучения протонами для повышения цветовых и прочностных характеристик архангельских алмазов.
Защищаемые положения:
1. По размеру (массе), габитусу, характеру поверхности, окраске и степени сохранности алмазы Архангельской алмазоносной провинции (ААП) подразделяются на три морфогенетические группы: первая - алмаз из кимберлитовой трубки (месторождения) им. В. Гриба, вторая - алмазы из кимберлитовых трубок месторождения им. М.В. Ломоносова и непромышленных кимберлитовых трубок Золотицкого поля (Снегурочка, Первомайская, Кольцовская), третья - алмазы из слабо- и убогоалмазоносных трубок и тел Кепинского, Верхотинского и Ижмозерского полей кимберлитов и оливиновых мелилититов.
2. Алмазы ААП по содержанию азотных центров представлены четырьмя главными популяциями: I включает <безазотные> или близкие к ним индивиды (NA < 180 at. ppm), II - низкоазотные (220 < NA < 350), III - среднеазотные (370 < NA < 680) и IV - высокоазотные (700 < NA < 1500). В кимберлитовых трубках с повышенной алмазоносностью доминируют I и IV популяции алмазов. В месторождении им. В. Гриба по массе преобладают кристаллы I популяции, в месторождении им. М.В. Ломоносова - алмазы IV популяции.
3. Выявленные типоморфные особенности алмаза из тел с различной продуктивностью являются основой для разработки поисково-прогнозных и оценочных критериев на территории Русской платформы. Сходство алмазов трубки Снегурочка и трубок им. В. Гриба и им. Ломоносова позволяет предположить о её высоком алмазоносном потенциале. Близость типоморфных свойств алмаза из трубок ААП и россыпей Северного Тимана свидетельствует о кимберлитовом источнике этих россыпных алмазов. В качестве вероятных первоисточников россыпных проявлений алмазов Северного Тимана могут рассматриваться кимберлитовые трубки Архангельской алмазоносной провинции.
4. Протонное облучение алмазов ААП может быть использовано для улучшения цветовых и прочностных показателей кристаллов.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Включает 235 страниц текста, 83 рисунка и 30 таблиц, а также список литературы из 177 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов.
Краткое содержание работы
Во введении сформулирована актуальность направления исследований, определены цели и задачи диссертационной работы, отмечена ее научная новизна и практическая значимость.
В главе 1 отражено современное состояние изученности геологического строения Архангельской алмазоносной провинции (ААП), с учетом новых данных по геологическим, структурным и тектоническим условиям локализации кимберлитовых полей и магматических тел на ее территории.
В главе 2 проанализированы и дополнены сведения о типоморфных свойствах алмаза из двух месторождений ААП - им. В. Гриба и им. М.В. Ломоносова.
В главе 3 изложены результаты оригинальных исследований морфологии и распределения основных примесных центров азота, водорода и плейтелетс в кристаллах алмаза из трубок и тел (не вошедших в состав месторождений) Зимнебережнего района Архангельской алмазоносной провинции.
В главе 4 на основании результатов исследований типоморфизма алмаза ААП, с привлечением ранее полученных данных по свойствам алмаза из месторождений, предложена схема эволюции алмаза Зимнебережнего района ААП.
В главе 5 представлены результаты по применению типоморфных свойств алмаза ААП на разных стадиях геологоразведочного процесса.
В заключении сформулированы основные выводы по типоморфизму алмаза Архангельской алмазоносной провинции и намечены направления для дальнейшего его изучения.
Апробация работы
Материалы по теме диссертации опубликованы в 4 научных статьях в реферируемых журналах. Результаты исследований в настоящее время используются на практике при прогнозно-производственных работах и в отчетах ОАО <Архангельскгеолдобыча> и ЗАО <Архангельскгеолразведка>. Данная работа проводилась по тематике государственного проекта кафедры минералогии геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова: по государственному оборонному заказу (шифр <Опыт>) - <Изучение возможности определения источника происхождения единичных алмазов> и <Алмаз из щелочных ультраосновных магматитов и эклогитов Архангельской алмазоносной провинции (генетические и поисковые аспекты)>. Результаты работы доложены на ежегодном семинаре в филиале АК <АЛРОСА> <АЛРОСА-Поморье> в г. Архангельске (2008 г.).
Благодарности
Автор выражает глубочайшую признательность всем, кто оказал поддержку и помощь при написании данной работы.
Диссертант выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, заведующему лабораторией месторождений алмаза, В.К. Гаранину, за его профессионализм в постановке целей и задач исследований, руководство, осмысление результатов, доверие и взаимопонимание.
За предоставление коллекции алмазов, а также ценные советы и замечания автор благодарен сотрудникам ОАО <Архангельскгеолдобыча> - заместителю генерального директора, главному геологу, к.г.-м.н. Н.Н. Головину и первооткрывателю месторождений алмаза ААП, начальнику геологической службы, к.г.-м.н. Е.М. Веричеву. Геологам филиала АК <АЛРОСА> <АЛРОСА-Поморье> к.г.-м.н. О.С. Сергеевой, В.Л. Ларченко и ЯНИГП ЦНИГРИ АК <АЛРОСА> к.г.-м.н. В.В. Третяченко за предоставленные полезные материалы и консультации.
Отдельная благодарность выражается сотруднику ЦНИГРИ, ведущему специалисту в области ИК-спектроскопии алмаза, к.г.-м.н. Г.К. Хачатрян, за неоценимую помощь в проведении исследований по распределению дефектов в алмазе и повышению моего профессионального уровня в алмазной геологии.
Автор глубоко признателен чл.-корр РАН, д.г.-м.н., заведующему кафедрой минералогии, профессору А.С. Марфунину, д.г.-м.н., профессору А.А. Ульянову, д.г.-м.н., профессору Э.М. Спиридонову, к.г.-м.н. Т.В. Посуховой, к.г.-м.н. О.В. Кононову, к.ф.-м.н. М.В. Чукичеву, к.г.-м.н. К.В. Гаранину и М.А. Викторову за полезные консультации, замечания и всестороннюю поддержку в процессе проведения моих научно-исследовательских работ.
За помощь в оформлении и редактировании работы, советы и консультации искренняя признательность к.г.-м.н. Г.И. Бочаровой, к.г.-м.н. М.Ф. Вигасиной, ученому секретарю кафедры минералогии Г.Н. Давыдовой и всей моей семье.
|
