Типоморфные особенности алмаза Архангельской алмазоносной провинции

2. Распределение структурных дефектов азота, водорода и плейтелетс в алмазах ААП.

Общей особенностью природных алмазов является наличие в них разнообразных азотных и водородных структурных примесей. Концентрации и формы их вхождения в алмаз контролируются условиями алмазообразования, что позволяет рассматривать эти примесные центры как источники генетической информации. Вместе с этим, структурные дефекты являются важнейшими типоморфными признаками алмазов. По характеру распределения в кристаллах совокупности оптически-активных центров А- и В- дефектов, Р (плейтелетс) и Н-центров, можно надежно отличать алмазы из различных трубок, кимберлитовых полей, алмазоносных провинций и использовать эти особенности при решении геолого-разведочных задач [Е.В. Соболев и др., 1971; Клюев и др., 1973; Е.В. Соболев, 1978; Хачатрян, 2003].

ИК-спектры большинства проанализированных алмазов из трубок и тел со слабой и убогой алмазоносностью устанавливают наличие азота в формах А и В, P-центров (плейтелетс) и структурной примеси водорода. Доминируют кристаллы смешанного спектрального IaAB типа с различным соотношением концентраций азота в А- и В-формах. Наиболее часто встречаемой во всех выборках алмазов является группа кристаллов с существенным преобладанием азота в А-форме над В-дефектами, составляющая более 75% от всех образцов. При этом только около половины из них обнаруживают значимые содержания плейтелетс (Р-центров). В подчиненных количествах отмечаются кристаллы, спектральных типов IaA и IaB, то есть, содержащие преимущественно А и В-центры соответственно, и их количество среди исследуемых алмазов не превышает 10-15%. Единичные кристаллы не обнаруживают поглощения в области 600 - 1400 см-1, что позволяет отнести их к <безазотному> спектральному типу II a (N_A, N_B < 20 at. ppm). Особенностью полученных ИК-спектров кристаллов со значимыми ( > 20 at. ppm) концентрациями азота в А- и В- формах, является четко выраженный максимум 3107 см-1, свидетельствующий о наличии водородных центров (иногда до 12 отн. ед.).

Усредненные значения концентраций структурных дефектов в морфологических разновидностях кристаллов большинства изученных трубок, с различной степенью алмазоносности приведены в табл. 3, 4.

Известно [Бокий, 1986; Блинова, 1987], что распределение структурных дефектов в кристаллах алмаза, также как и их габитус, в значительной мере определяются условиями природного алмазообразования.

Для изученных выборок кристаллов алмаза прослеживается взаимосвязь между размерностью, цветом, морфологическими разновидностями и распределением структурных дефектов азота, водорода и плейтелетс (табл. 3).

Для октаэдров с тригональным развитием граней и додекаэдроидов с занозистой штриховкой средние значения структурных дефектов азота и водорода в несколько раз ниже, чем для кристаллов других габитусных типов (табл. 3). В крупном > 1мм классе, данные индивиды встречены в трубке Снегурочка, а в мелком < 1мм, характерны для трубок Первомайской, Кольцовской и Степной (табл. 3).

Додекаэдроиды с насыщенной серой окраской, полупрозрачные до непрозрачных, соответствующие преимущественно V типу по Ю.Л. Орлову (1983) характеризуются умеренными концентрациями азота, водорода и очень высокой степенью агрегированности азота (%N_B 47-50) (табл. 3). Кристаллы данного типа обнаружены в крупном классе >1мм из кимберлитовых трубок Первомайской, Кольцовской и телах оливиновых мелилититов Волчья и Чидвия (табл. 3). При этом во всех изученных кристаллах данной разновидности азот в А-форме находится приблизительно в равных количествах с азотными В-центрами.

Таблица 3. Распределение структурных дефектов в выделенных морфологических разновидностях изученных алмазов
Кристалломорфологические разновидности алмаза	Количество кристаллов	Объект	Размер	Азот, at. ppm		%NB	Плейтелетс, отн. ед	Водород, отн. ед
				NA	NB
Октаэдр с тригональной формой граней и додекаэдроид с занозистой штриховкой	91	Снегурочка	> 1мм	80 0-211	58 0-225	35 0-59	1,9 0-4,7	0,4 0-2,3
		Первомайская, Кольцовская, Степная	< 1мм
Октаэдр с дитригональной формой граней, комбинация октаэдра и додекаэдроида и додекаэдроид с различными скульптурами поверхности	114	Первомайская	> 1мм	497 35-1391	411 24-1417	44 17-65	15,1 2,1-31,8	2,3 0-3,9
		Снегурочка, Волчья, Чидвия, Апрельская, Юрасская	< 1мм	518 35-1391	312 24-1417	32 18-55	8,0 0,3-27,8	2,0 0-5,5
Додекаэдроид серого цвета с низкой степенью прозрачности (V разновидность по З.В. Бартошинскому (1983))	58	Первомайская, Кольцовская, Волчья, Чидвия	> 1мм	256 181-327	244 107-377	49 19-60	8,2 0,2-19,1	2,8 0,2-6,2
Куб, тетрагексаэдроид	14	Снегурочка, Первомайская, Кольцовская	>1мм, < 1мм	1038 700-1376	250 198-301	19 12-25	0,6 0-1,1	1,4 0,9-1,9
Примечание. В числителе каждой дроби указано среднее значение, в знаменателе - минимальное и максимальное значения параметра соответственно.

Октаэдрам с дитригональными гранями, комбинационным многогранникам (типа ОД) и додекаэдроидам с различной скульптурой граней соответствуют более высокие средние значения примесных дефектов по сравнению с описанными выше морфологическими разновидностями. К тому же додекаэдроиды характеризуются несколько повышенным содержанием структурного водорода по сравнению с октаэдрами и переходными кристаллами от октаэдра к додекаэдру. Индивиды этой разновидности составляют основную часть алмазов среди мелких < 1мм кристаллов из трубок Снегурочка, Волчья, Чидвия, Апрельская, Юрасская и крупных > 1мм из трубки Первомайской (табл. 3).

Среди изученных алмазов, характеризующихся самыми высокими содержаниями азота (N_tot ≥ 1000 at. ppm), выделяются две группы. Первые не имеют значимых концентраций азота в В-форме и плейтелетс и представлены индивидами кубического габитуса, преимущественно тетрагексаэдроидами (табл. 3), характерными для кристаллов трубок Золотицкого поля, а вторые обнаруживают высокие концентрации азота в А-форме, плейтелетс и водорода с пониженной степенью агрегированности азота и представлены различными габитусными типами (табл. 4).

Данные, полученные ранее в работах [Кудрявцева и др., 2005; Хачатрян и др., 2008] по связи морфологических особенностей и распределению структурных дефектов в алмазах из месторождений им. В. Гриба и им. М.В. Ломоносова хорошо согласуются с приведенными выше закономерностями для кристаллов из трубок и тел со слабой и убогой алмазоносностью. Учитывая этот факт, а также сопоставив данные приведенные в табл. 4, можно выделить четыре главные популяции алмазов, по содержанию азота и водорода, отвечающие всему разнообразию этого минерала в Архангельской алмазоносной провинции.

Первая популяция (I) (<безазотные> или близкие к ним индивиды) характеризуется низким содержанием суммарного азота N_tot< 400 at. ppm, А-центров 0-180 at. ppm, водорода (Н≤1 отн. ед.), плейтелетс (Р < 10 отн. ед.). Доля азота в В-форме (%N_B) в большинстве кристаллов этой группы понижена и составляет в среднем 35%. Объединяет кристаллы c высокими качественными показателями - октаэдры с тригональными гранями и додекаэдроиды с занозистой штриховкой. Среди средне-и низкоалмазоносных трубок и тел ААП первая популяция представлена в крупных кристаллах (> 1мм) трубок Снегурочка, Степная и мелких (< 1мм) кристаллах трубок Кольцовской и Первомайской. Данная популяция доминирует по массе среди крупных кристаллов месторождения им. В. Гриба, трубки им. Ломоносова и мелких кристаллов большинства трубок месторождения им. М.В. Ломоносова. Алмазы наиболее близки к кристаллам из диатрем центральных областей Сибирской и Африканской платформ [Кhachatryan et al., 2004]. Ориентировочная температура формирования алмазов этой популяции, согласно геотермометру Тейлора-Милледж [Taylor et al, 1995] для времени нахождения кристаллов в мантии 3 млрд. лет, составляет от 1050 до 1175^оС (рис. 1). При использовании данного геотермометра, время температурного воздействия не играет существенной роли и изменение <возраста> кристаллов на 1 млрд лет, приводит к температурному <сдвигу> всего на 10-15 ^оС.

Вторая популяция (II) (низкоазотная) включает кристаллы с концентрацией А-центров от 220 до 350 at. ppm, причем А- и В-центры присутствуют примерно в равных пропорциях. Общее содержание азота N_tot ≥ 600 at. ppm. Для большинства алмазов данной популяции отмечается очень высокая степень его агрегированности (%N_B 47-50%), умеренные содержания водорода (Н < 3 отн. ед) и плейтелетс (Р < 10 отн. ед). Алмазы преимущественно представлены серыми додекаэдроидами с низкой степенью прозрачности соответствующие V разновидности по Ю.Л. Орлову (1983).

Таблица 4 Усредненные концентрации структурных дефектов в алмазах различных трубок ААП
Объект	Группа кристаллов	Количество образцов	Концентрация азота, at. ppm			%NB	Плейтелетс, отн. ед.	Водород, отн. ед.
			NA	NB	Ntot
Им. В. Гриба	I	37	163±83	105±99	268±168	34	6,1±5,2	0,3±0,2
	II	22	460±89	444±238	904±331	45	13.2±4,4	1,3±0,3
	III	19	1031±283	465±319	1496±491	31	9,6±10,3	1,5±0,5
Им. Ломоносова	I	28	131±74	96±124	228±158	34	4,6±6,5	0,8±0,2
	II	20	608±66	229±159	838±180	25	9,8±8,5	2,8±1,6
Им. Карпинского-1	В целом	77	698±646	300±221	998±475	30	6,1±6,8	3,4±3,0
Поморская	В целом	159	939±472	356±331	1295±656	28	6,5±7,0	3,9±3,1
Архангельская	В целом	39	966±363	326±248	1292±431	25	5,1±6,5	2,9±2,5
Снегурочка	I	20	124±87	71±68	195±140	35	2±2,7	0,5±0,2
	II	19	531±112	276±167	807±209	32	12±8,5	3±1,9
	III	10	1001±192	266±249	1267±192	27	12±10	3,9±3,6
Первомайская	I	23	70±75	58±167	127±133	35	2±1,7	0,3±0,1
	II	11	250±56	256±66	496±101	50	10,6±8,5	2,3±1,7
	III	21	497±114	411±150	908±229	44	15,1±9,8	2,3±1,0
Кольцовская	I	16	69±51	50±45	91±54	31	1±1,7	0,9±0,8
	II	22	268±54	248±87	486±118	47	9,6±6,1	2,6±2,0
Степная	В целом	32	55±57	52±50	92±81	35	1,71±1,83	0,85±1,42
Юрасская	В целом	21	526±140	257±141	783±200	32	8,5±8,0	1,69±1,31
Волчья	I	25	504±131	240±171	744±228	29	8,5±7,0	1,78±1,11
	II	10	253±71	231±54	452±109	49	5,5±4,8	3,21±3,0
	III	9	1204±177	396±330	1676±475	23	13,2±10,1	2,05±1,0
Чидвия	I	23	254±73	242±135	495±193	47	7,05±6,8	3,05±2,87
	II	15	534±152	340±184	874±194	34	14,2±12,8	3,2±2,61
Апрельская	В целом	13	480±186	247±157	726±223	33	5,7±4,76	4,0±3,3
Примечание. Сведения по трубкам месторождения им. М.В. Ломоносова и трубке-месторождению В.Гриба приведены согласно [Хачатрян, 2008; Палажченко, 2008].
В таблице: а ± n, где а- среднее значение; n - стандартное отклонение выборки.

Вторая популяция проявлена в ААП исключительно среди крупных кристаллов трубок Первомайская, Кольцовская, Волчья и Чидвия. Коренных аналогов в мире на сегодняшний день не установлено. Сходные кристаллы известны в триасовых россыпях северо-востока Якутии, где до настоящего момента вопрос о коренных источниках остается открытым. Сформировались в достаточно узком температурном интервале 1120-1140 ^оС (рис. 1).

Третья популяция (III) (среднеазотная) характеризуются содержанием азота в А-форме от 370 до 680 at. ppm. Концентрация этих дефектов в отдельных кристаллах в сумме не превышает 800 at. ppm. Содержание водорода невысокое 3 < H < 6 отн. ед. Данная популяция включает октаэдры с дитригональными гранями, комбинационные многогранники (типа О-Д) и додекаэдроиды с различной скульптурой граней. Среди кристаллов этой популяции по соотношению азота в В-форме, степени агрегированности и плейтелетс отмечены две группы. В первой В-центры присутствуют в подчиненном количестве в соотношении 1:2, 1:3, с низким Р < 3 отн. ед и %NВ от 10 до 30%. Среди алмазов непромышленных трубок Зимнебережнего района эта группа установлена в мелких кристаллах трубок Снегурочка, Чидвия, Юрасская и является близким аналогом второй (второстепенной) популяции трубки им. Ломоносова. Во второй группе этой популяции соотношение азота в А-и В-формах примерно одинаково, значительное содержание 7 < Р < 24 отн. ед и высокая степень %NВ 40-45%. Распространена в мелких кристаллах трубки Первомайской и второй популяции (группы) месторождения им. В. Гриба (табл. 4). Высокие степень агрегированности азота и концентрация плейтелетс этой группы, возможно, являются следствием длительного посткристаллизационного отжига этих кристаллов [Хачатрян и др., 2008]. Характерен широкий интервал температур формирования алмазов для третьей популяции 1070 - 1130 ^оС (рис. 1).

Четвертая популяция (IV) (высокоазотная) включает кристаллы с концентрацией А-центров от 700 до 1500 at. ppm и общим содержанием азота 850-1700 at. ppm, для большинства из которых отмечается низкая степень доли азота в В-форме (%N_B 0 - 28) и повышенное содержание водорода 3 < Н < 7 отн. ед (табл. 4). Среди индивидов данной популяции отмечено две группы по содержанию дефекта плейтелетс: с низкими Р < 1,5 и значительными 7 < Р < 20. Алмазы данной популяции представлены главным образом кристаллами различных классов крупности, кубического и других габитусных типов со средними и низкими качественными показателями. Среди изученных образцов, индивиды этой популяции редки и установлены среди мелких кристаллов трубок Снегурочка и Волчья. Достаточно близки по содержанию азотных центров к главным популяциям трубок Архангельская, Поморская и Карпинского-1. Кристаллы данной популяции в целом не характерны для других кимберлитовых трубок мира. Сформировались при температуре 1040-1080 ^оС (рис. 1).

Результаты изучения содержания структурных дефектов в алмазах из непромышленных трубок и тел ААП и дальнейшее сопоставление распределения примесных центров в алмазах из месторождений В. Гриба и им. М.В. Ломоносова подтверждают второе защищаемое положение. Алмазы ААП по содержанию азотных центров представлены четырьмя главными популяциями: I включает <безазотные> или близкие к ним индивиды (N_A < 180 at. ppm), II - низкоазотные (220 < N_A < 350), III - среднеазотные (370 < N_A < 680) и IV - высокоазотные (700 < N_A < 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.