Типоморфные особенности алмаза Архангельской алмазоносной провинции

3. Эволюция алмаза Архангельской алмазоносной провинции.

Важнейшие типоморфные свойства алмаза - морфология и распределение структурных дефектов относятся к наиболее информативным характеристикам в генетическом аспекте и отражают особенности температурного режима, химизма среды, кинетики алмазообразования [Khachatryan et al., 2004].

Выявленные закономерности содержания примесных дефектов в кристаллов алмаза ААП, с учетом их морфологических особенностей, а также данные по изучению ксенолитов глубинных пород, различных включений, внутреннего строения, изотопного состава позволяют оценить условия и основные этапы эволюции алмаза Архангельской провинции.

Алмазы из большинства трубок ААП гетерогенны по своим свойствам. При этом их неоднородность проявлена как в отдельно взятых телах - резким отличием крупных и мелких классов кристаллов по морфологическим особенностям и наличию нескольких групп кристаллов по содержанию дефектов, так и в провинции в целом, на что указывают выделенные различные морфогенетические группы и популяции кристаллов алмаза. Это в свою очередь свидетельствует о сложности и многостадийности роста кристаллов алмаза и отражает дискретность процесса алмазообразования всех трубок и тел ААП.

По составам глубинных ксенолитов в кимберлитах, минеральным включениям в алмазах [Саблуков, 2000; Е.В. Соболев и др., 1997], а также распределению структурных дефектов (рис. 1) можно предположить о глубине формирования алмазов и мантийном субстрате. Наиболее глубинный источник - перидотитовый соответствует первой высокотемпературной популяции алмазов, а менее глубинный, предположительно, с эклогитовым или иным субстратом - средне- и низкотемпературным алмазам трех оставшихся популяций.

При низком пересыщении среды алмазообразования углеродом устойчивыми являются грани {111}, обладающие максимальной способностью к послойному (тангенциальному) росту, формирующие плоскогранные октаэдры с тригональным развитием граней (условно назовем эти условия благоприятными). Данные кристаллы отнесены к первой популяции и были отмечены среди крупных кристаллов трубок им. В. Гриба, им. Ломоносова и Снегурочки, а также среди мелких индивидов большинства трубок других полей. Сходство их морфологических особенностей и содержания дефектов азота и водорода свидетельствуют о близких термодинамических и других условиях формирования (высокая температура, однородная среда), то есть образование октаэдров с тригональными гранями характеризовалось близкими равновесными условиями для всех трубок и тел ААП (рис.2). Время нахождения в благоприятных условиях (равновесных) для разных объектов провинции, вероятно, было различным и уменьшалось в следующем ряду: им. В. Гриба→им. Ломоносова, Снегурочка→трубки и тела Золотицкого, Кепинского, Верхотинского и Ижмазерского полей. Этим, по-видимому, объясняет различное соотношение крупных и мелких кристаллов данной популяции алмаза (наиболее продуктивной, высококачественной) в указанном ряду тел и является одной из причин различного алмазоносного потенциала трубок ААП.

В процессе кристаллизации наблюдаются перерывы, на что указывает наличие кристаллов <алмаз в оболочке> и включений типа <алмаз в алмазе>, образование которых связывают с возобновлением процесса роста алмаза после перерыва [Кудрявцева и др., 2005]. По мере изменения термодинамических параметров кристаллизации, проявляющихся в снижении температуры (рис. 1), а также изменении свойств самой среды, происходит смена условий кристаллизации от равновесных (благоприятных) к более <неравновесным> (отличным от равновесных), что, безусловно, отражается на механизме роста кристаллов (от послойно-тангенциального к смешанному или нормальному) и соответственно последующей эволюции габитусных типов. Неравновесным граням {100, 110} соответствует нормальный (нетангенциальный) механизм роста с появлением различных габитусных типов от ромбододекаэдров, кубооктаэдров, переходных от октаэдра к ромбододекаэдру до кубов и различных их двойников и сростков [Бескрованов, 1992]. Для большинства кристаллов алмаза в Архангельской провинции установлены преимущественно нормальный или смешанный механизмы роста, на что указывает их волокнистое и секториальное внутреннее строение [Захарченко и др., 2002; Палажченко, 2008], а также присутствие примеси водорода в максимально высоких концентрациях (до 12 отн. ед.). Водородные центры характеризуют не только механизм роста, но и являются индикатором скорости кристаллизации [Блинова, 1987] - чем выше содержание этой примеси, тем быстрее рост кристаллов. Очевидно, что чем выше скорость кристаллизации, тем меньше количество крупных алмазов с тангенциальным послойным строением и больше с нормальным, смешанным. Большинство кристаллов месторождения им. В. Гриба содержат незначительное количество структурной примеси водорода и соответственно характеризуются невысокими скоростями роста. С другой стороны, алмазы из трубок Ижмозерского и Верхотинского полей содержат водородные центры в повышенных количествах по сравнению с трубкой им. В. Гриба, то есть скорость роста увеличивается в последовательности им. В. Гриба→им. Ломоносова, Снегурочка→трубки и тела Золотицкого, Кепинского, Верхотинского и Ижмозерского полей. Это является еще одной причиной различного соотношения габитусных типов тел ААП, с различной степенью алмазоносности (рис. 2). Таким образом, сильные вариации концентраций азота (N_tot ~ 0-2000 at. ppm) и повышенное содержания водорода (до 12 отн. ед.) в пределах одной трубки, преобладание кристаллов со смешанным и нормальным механизмом роста, а также резкое отличие свойств алмазов из тел, достаточно близко расположенных друг от друга, безусловно, можно отнести к особенностям кристаллизации алмаза в ААП.

Для большинства алмазов из трубок Якутской алмазоносной провинции характерен преимущественно послойно-тангенциальный механизм роста, преобладание октаэдрических кристаллов, значительно меньшие содержания и вариации азота и водорода [Кhachatryan et al., 2004; Аргунов, 2005].

Наряду с выявленными особенностями роста кристаллов алмаза в мантии, растворение и коррозия сыграли не менее существенную роль при его формировании в ААП, что является не типичным для большинства кимберлитовых трубок мира.

Результаты экспериментальных исследований [Чепуров и др., 1985; Хохряков, 2000; Хохряков и др., 1990, 1999, 2001] показывают, что, на начальной стадии растворения алмаза на гранях {111} образуются отрицательно-ориентированные тригоны и дитригональные слои растворения, а на гранях {100} - тетрагональные ямки. На кристаллах развиваются округлые поверхности со сноповидной или занозистой штриховкой, каплевидными холмиками и гранным швом. В процессе растворения округлые поверхности увеличиваются и в конечном итоге полностью уничтожают исходные грани кристаллов. Первоначальные грани октаэдрических кристаллов полностью исчезают, при этом кристалл еще сохраняет октаэдрический облик и может быть охарактеризован как октаэдроид. Исходные грани природных кубов приобретают характерную форму тетрагексаэдроида. Растворение ламинарных ромбододэкаэдров проявляется в постепенном округлении псевдограней {110}. На всех типах кристаллов присутствуют дитригональные слои вокруг осей [111] и гранные швы. При дальнейшем растворении кристаллы все более округляются и полностью теряют свой первоначальный облик, приобретая округлую форму, характерную для алмазов <уральского> типа - округлых додекаэдроидов. Количество кривогранных и округлых кристаллов алмаза в первую очередь зависит от длительности пребывания их в среде растворения и от её химизма (окислительно-восстановительный баланс). Как было показано выше, для кристаллов трубки им. В. Гриба характерно локальное развитие процессов растворения, тогда как для трубок других полей - повсеместное и общее. Степень длительности и агрессивности раствора, а также важнейший фактор сохранности алмазов - фугитивность кислорода [Руденко и др., 1979], по видимому, возрастают в следующем ряду: им. В. Гриба→трубки Золотицкого поля→тела Кепинского, Верхотинского и Ижмазерского полей (рис. 2), что фиксируется различным соотношением (преобладанием) типичных структур растворения и коррозии. О длительности процесса растворения алмазов может косвенно свидетельствовать высокое содержание тетрагексаэдроидов (7-27%) (трубки Золотицкого поля), которые формируются в условиях длительного и относительно спокойного режима растворения алмаза на заключительных стадиях образования в карбонатном расплаве [Кудрявцева и др., 2005].

Таким образом, различная алмазоносность пород, соотношение габитусных типов, а также сохранность кристаллов напрямую коррелирует с интенсивным растворением алмаза ААП, которое привело к растворению мелких кристаллов и интенсивному разрушению крупных индивидов алмаза.

Немаловажным является характер перемещения кимберлитового расплава. Установлено [Палажченко, 2008], что условия становления кимберлитовой трубки им. В. Гриба характеризовались достаточно быстрым продвижением расплава, что определило высокую степень сохранности ее алмазов. Диатремы месторождения им. М.В. Ломоносова и вероятно слабоалмазоносные трубки Золотицкого поля были сформированы в более контрастных условиях (стадийность, более медленная скорость подъема, смена P-T параметров) движения кимберлитового расплава, на что указывает значительное число округлых (растворенных) кристаллов и искаженных, по сравнению с трубкой им. В. Гриба. Еще более сложный и многоэтапный процесс образования, предположительно, с наложением деформаций (рис. 2) и неоднократной резкой сменой термодинамических параметров характерен для трубок с низкой алмазоносностью, которые в большинстве своей массы представлены искаженными обломками и осколками кристаллов, что вместе со сложным агрессивным растворением предопределило их весьма низкую продуктивность и качество сырья.

Совокупность выше описанных процессов (рис. 2), в особенности агрессивное растворение, может свидетельствовать о достаточно специфичных условиях эволюции алмаза Архангельской провинции, отличающих его от большинства других провинций мира.

Приведенные процессы эволюции алмаза ААП подтверждают первые два защищаемых положения и показывают, что соотношение габитусных типов кристаллов алмаза, распределение в них структурных дефектов азота и водорода, качественные свойства и продуктивность тел ААП определяются разнообразием условий кристаллизации, растворения и характером движения кимберлитового расплава.