CC BY
26
УДК 553.8
Г.К. Хачатрян, О.В. Палажченко, В.К. Гаранин, П.В. Иванников, Е.М. Веричев
ГЕНЕЗИС "НЕРАВНОВЕСНЫХ'' КРИСТАЛЛОВ АЛМАЗА
ИЗ КИМБЕРЛИТОВОЙ ТРУБКИ им. КАРПИНСКОГО-1
ПО ДАННЫМ КАТОДНОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ И ИК-СПЕКТРОСКОПИИ
Методами катодной люминесценции и ИК-спектроскопии изучено внутреннее строение и распределение структурных примесей в 78 кристаллах алмаза из трубки им. Карпинского-1 Архангельской провинции. В трубке выявлены три генерации алмаза. Алмаз первой и второй генераций образовался предположительно в ультраосновной и эклогитовой мантийной среде. Алмаз третьей генерации, широко распространенный в трубке, обладает волокнистым внутренним строением, аномально высоким содержанием азота и водорода, сформировался в неравновесных условиях. По комплексу типоморфных признаков алмаз третьей генерации отличается от алмаза кимберлитового происхождения и обнаруживает черты сходства с алмазом из метаморфических пород. Высказывается предположение, что алмаз третьей генерации из трубки им. Карпинского-1 мог сформироваться в протокимберлитовом расплаве.
Введение. Трубка им. Карпинского-1 — одно из кимберлитовых тел, входящих в состав месторождения им. М.В. Ломоносова (Золотицкое поле) Архангельской алмазоносной провинции, освоение которого началось в 2003 г.
Среди кристаллов из промышленно значимых объектов Архангельской провинции с помощью комплекса минералогических исследований выявлены две основные популяции, наиболее контрастные по свойствам [Богатиков и др., 2000; Хачатрян и др., 2006]. Кристаллы одной из них доминируют в трубке им. Ломоносова месторождения им. М.В. Ломоносова и на месторождении им. В.П. Гриба (Верхотинское поле). Эта популяция представлена преимущественно октаэдрами, комбинационными формами ряда октаэдр—ромбододекаэдр и додекаэдроидами с занозистой штриховкой. Как правило, это относительно "низкоазотные" индивиды (N<500 ги.ррт), нередко содержащие включения ультраосновного парагенезиса, указанное позволяет предполагать, что алмазы этой популяции образовались в равновесных условиях в результате медленного послойного роста в ультраосновном мантийном субстрате.
Другая популяция широко распространена в трубках им. Карпинского-1, Поморской и Архангельской (месторождение им. М.В. Ломоносова). В ней преобладают додекаэдроиды с блоковой и каплевидной скульптурой, тетрагексаэдроиды, отмечена повышенная концентрация структурного азота и водорода (Ы ~ 1000^2500 а!:.ррт, Н > 2 усл. ед.). Кристаллы алмаза этой популяции по распределению примесных центров отличаются от алмазов из кимберлитовых и лампроитовых трубок других регионов мира [Катт-вку е1 а1., 2001], а их генезис во многом остается неясным. При этом очевидно, что они сформировались в результате быстрого роста в неравновесной и пересыщенной углеродом системе.
В нашу задачу входило изучение механизма роста и "истории" формирования "неравновесных" кристаллов алмаза из трубки им. Карпинского-1 на основе их внутреннего строения и характера распределения оптически активных центров.
Методы исследования. Внутреннее строение кристаллов, проявляющееся в наличии разнообразных зон и секторов роста, а также центральных включений типа "алмаз в алмазе" изучали методом цветной катодолюминесценции (ЦКЛ) | Барапп сп а1., 1988] в растровом электронном микроскопе (РЭМ), который характеризуется высокой чувствительностью к примесям и структурным дефектам. Исследования выполнены на электронном микроскопе "'Бгсгсоксап МК-ПА", оснащенном приставкой для получения ка-тодолюминесцентных изображений в реальных цветах [Обыден и др., 1998], при ускоряющем напряжении £/=20 кВ. Для снятия заряда на поверхность образцов напыляли пленку золота толщиной около 0,2^0,3 мкм. В отличие от других люминесцентных методов используемая установка позволяет получать высококонтрастные изображения с высоким пространственным разрешением (до 0,5 мкм) и широким диапазоном увеличений (х20^10 000).
По распределению центров люминесценции на ЦКЛ-изображениях маркируется и основная часть ростовых и примесных дефектов внутреннего строения кристаллов алмаза. Однако метод ЦКЛ не позволяет выявить все типы примесных центров в алмазе, так как только некоторые из них являются центрами люминесценции. Остальные центры приводят к повышенной безызлучательной рекомбинации, которая проявляется на ЦКЛ-изображениях в виде более темных областей. Поэтому метод ЦКЛ более эффективен в сочетании с локальной ИК-спектроскопией, позволяющей оценивать концентрации основных оптически активных центров в кристаллах.
Характеристика кристаллов алмаза из трубки им. Карпинского-1, изученных методами катодной люминесценции и локальной ИК-спектроскопии
Номер п/п Номер образца Масса, кар. Цвет Форма Тип алмаза, по [Барто-шинский, 1983]
1 453 0,29 Темно-серый Ромбододекаэдр VI/1
2 478 0,41 То же То же 111/10
3 487 0,42 Бесцветный Додекаэдроид VI/3
4 488 0,45 Светлосерый Октаэдр V
5 491 0,35 Бесцветный Додекаэдроид VI/1
6 504 0,35 То же То же VI/1
7 507 0,45 VI/1
8 508 0,24 Ромбододекаэдр III/10
9 513 0,41 Додекаэдроид VI/2
10 516 0,39 Ромбододекаэдр III/10
11 519 0,34 Октаэдр II1/7
12 530 0,44 Серый Додекаэдроид V
13 549 0,32 Светлосерый Октаэдр V
14 579 0,24 Коричневатый То же II1/4
15 590 0,19 Бесцветный Додекаэдроид VI/2
16 616 0,28 Желтый Куб VIII/12
17 652 0,13 Серый Ромбододекаэдр III/1
18 719 0,31 Желтый Куб II1/8
19 726 0,21 Темно-серый Додекаэдроид V
20 731 0,14 Розовый То же VI/2
21 761 0,20 Бесцветный VI/1
22 784 0,15 Темно-серый VI/2
23 812 0,18 Серый Ромбододекаэдр III/10
24 858 0,38 Светлосерый Додекаэдроид VI/3
25 907 0,21 Бесцветный Тетрагексаэдр VIII/12
Содержание азота в форме А-центров, представляющих собой пары замещающих углерод атомов [Соболев, 1978], и B-центров — тетраэдрически сгруппированных вокруг вакансии атомов [Bursill et al., 1985], определялось по методике, изложенной в [Mendelssohn et al., 1995]. Оценка относительных значений концентраций плейтелетс — линейных дефектов интерстициальной природы [Woods, 1986] и структурного водорода, химически связанного с углеродом алмазной решетки [Соболев и др., 1971], проводилась в условных единицах по величине коэффициента поглощения линий в областях 1365 и 3107 см-1 соответственно.
ИК-спектры записывались на спектрофотометре "Specord-M-80" фирмы "Карл Цейс Йена" с использованием линзовой микроосветительной приставки в диапазоне волновых чисел 4000—400 см-1 с разрешением 6—10 см-1.
Локальные ИК-спектры с учетом данных ЦКЛ были получены с выделенных при помощи диафрагмы участков алмазной пластины, размер которых обычно составлял 0,1—0,3 мм2.
Характеристика образцов. Для исследования подобрали 78 образцов, представленных преимущественно бесцветными и серыми кристаллами массой от 0,13 до 0,45 кар. Среди них преобладают (-70%) ромбододекаэдры с ламинарным строением граней и до-декаэдроиды. В подчиненном количестве присутствуют кристаллы кубического габитуса и тетрагексаэд-роиды, а также октаэдры и комбинационные формы ряда октаэдр—ромбододекаэдр (ОД). В целом соотношение габитусных групп кристаллов в изученной коллекции соответствует распространенности основных морфологических разновидностей алмаза в трубке им. Карпинского-1. В группе додекаэдроидов выделяются кристаллы с тонкой концентрической штриховкой, с шагренью и полосами пластической деформации, а также с каплевидно-блоковой скульптурой поверхности. Среди слоистых ромбододекаэдров наиболее типичны индивиды с углублениями на поверхностях граней {110}, реже — со сноповидной концентрической штриховкой. Октаэдры и комбинационные кристаллы обладают дитригональной формой граней, на поверхности которых нередко проявлены следы пластической деформации.
Из 25 кристаллов, охарактеризованных в таблице, были изготовлены пластины, вырезанные параллельно плоскости {100}. Отметим, что столь представительная коллекция алмазных пластин из трубки им. Карпинского-1 исследуется впервые. Внутреннее строение кристаллов алмаза из этой трубки уже рассматривалось ранее в работе [Захарченко и др., 1994], но ее авторы изучили лишь 5 кристаллов.
Результаты исследований. Внутреннее строение 25 изученных кристаллов разнообразно: 3 из них почти однородны, в 6 прослеживается зональность, образованная плоскими октаэдрическими слоями, 6 кристаллов характеризуются "агатоподобной" структурой, в одном образце зафиксировано наличие секторов роста. Остальные 9 кристаллов имеют более сложное строение, проявляющееся, как правило, в различных комбинациях вышеперечисленных структур.
Кристаллы с квазиоднородным строением, представленные октаэдром (№ 579) и додекаэдроидами (№ 590, 726), характеризуются средним и слабым сине-голубым свечением, иногда наличием очень узкой внешней зоны, имеющей малоконтрастное по-слойно-октаэдрическое строение (рис. 1, а). Большинство образцов с зональностью по {111} (№ 488, 508, 549) представляет собой октаэдрические и комбинационные (ОД) кристаллы с послойно-замкнутым строением (рис. 1, б), что является признаком их
20 ВМУ, геология, № 2
Рис. 1. Внутреннее строение кристаллов алмаза из трубки им. Карпинского-1 по данным катодной люминесценции: а — почти однородное (№ 579, Н Р\У 3,3); б — с послойно-замкнутой октаэдрической зональностью (№ 488, НР\¥ 4,2); в — с послойно-незамкнутой октаэдрической зональностью (№ 530, HFW 1,4); г — волокнистое с агатоподобной зональностью (№ 907, HFW 2,0); д — секториальное (№ 491, НР\¥ 4,2); е — с неоднократным чередованием зон послойного и нормального роста (№ 719, Н Г\\ 3,3); ж — включение типа "шшаз в алмазе" с неоднократной сменой механизма роста (№ 504, HFW 5,0); з — включение типа "алмаз в алмазе" с двумя зародышами в центральной части, обрастающими алмазом с нормальным механизмом роста (№ 858, НР\¥ 4,2); НР\¥ — ширина поля сканирования в мм; цифры соответствуют зонам кристалла: 1 — центральная, 2 — промежуточная, 3 — внешняя
роста в условиях термодинамической стабильности алмаза. Подобное строение, как отмечалось в работе [Ра1е1 а!., 1969], характерно для природных кристаллов алмаза кимберлитового типа. Зональность, образующаяся в результате послойного роста и неравномерного захвата примесей нарастающими гранями октаэдра, является проявлением тангенциального (70 механизма роста. Этот механизм реализуется при малой скорости роста кристалла и низком пересыщении, т.е. служит проявлением практически равновесных условий алмазообразования.
Всего 3 кристалла в изученной коллекции (№ 530, 487 и 453, два додекаэдроида и один ромбододекаэдр) характеризуются концентрическим послойно-незамкнутым строением (рис. 1, в), а также полицентрическим ростом. В каждом из этих случаев имелись отклонения условий роста кристалла от равновесных, что проявилось либо в незавершенном развитии октаэдрических граней, либо в наличии одновременно нескольких центров кристаллизации.
тангенциальному механизму и граней {100} по нормальному.
Значительная часть изученных образцов характеризуется сменой механизма роста в процессе кристаллизации. Последовательность чередования зон с нормальным и тангенциальным механизмом роста различна. Центральные области большинства кристаллов (5 из 9) характеризуются послойным октаэдрическим строением. Так, в округлом кристалле доде-каэдрической формы (№ 731) по-слойно-октаэдрическая внутренняя зона обрастает волокнистым алмазом, что отражает изменение тангенциального механизма роста на нормальный по схеме: Т^Ы. В кристалле ромбододекаэд-рического габитуса (№ 652) прослеживается неоднократная смена механизмов роста в соответствии с формулой Т^Ы^Т, а в кристалле кубического габитуса (№ 719) выявлена еще более сложная последовательность: Т^Ы^Т^Ы(рис. 1, е).
Реже встречаются кристаллы с иным чередованием зон роста. В двух кристаллах ромбододекаэдричес-кого габитуса (№ 812, 478) центральные зоны характеризуются "агатоподобным" строением, а в кристалле октаэдрической формы (№ 519) — секториальным, каждая из этих зон впоследствии обросла октаэдри -ческими гранями. По-видимому, на начальном этапе эти кристаллы росли по нормальному (А) и смешанному (N+7) механизмам, впоследствии сменившимся на тангенциальный ( Т).
Особый интерес в генетическом аспекте представляют бесформенные обломки в центральных частях кристаллов с послойно-октаэдрическим строени-
В отличие от кристаллов с прямолинейной зональностью в 4 доде-каэдроидах (№ 507, 513, 761, 784), кубе (№ 616) и тетрагексаэдроиде (№ 907) границы отдельных зон имеют волнистый или более сложный извилистый характер (рис. 1, г). Такая зональность, согласно [Lang, 1974], отражает последовательное перемещение фронта кристаллизации волокнистой (столбчатой) структуры, механизм формирования которой обозначается как нормальный (А). Этот механизм характерен для кристаллов, образовавшихся в результате быстрого роста в пересыщенной углеродом среде, т.е. в неравновесных условиях [Бокий и др., 1986].
Секториальное строение (рис. 1, д), выявленное в округлом кристалле (№ 491) додекаэдрической формы, как показано ранее в работе [Moore et al., 1972], служит проявлением смешанного роста пирамид граней {111} по
ем, а также октаэдрические кристаллы (два или более) ранней генерации (А), обрастающие алмазом более поздней генерации (Б) (рис. 1, ж, з соответственно).
Внутри додекаэдроида (№ 858) центральная часть одного из октаэдрических кристаллов ранней генерации А представлена кубоидом с секториальной неоднородностью, который сформировался по нормальному механизму роста (рис. 1, з). В соответствии с этим последовательность смены механизма роста для данного образца в целом выражается формулой N(А)^ ДА) ^ N(E).
В другом додекаэдроиде (№ 504) генерация А представлена обломком кристалла с октаэдрической зональностью, его обрастает алмаз генерации Б замкнутыми октаэдрическими слоями, затем волокнистой структурой и вновь октаэдрическими слоями, но с послойно-незамкнутым строением (рис. 1, ж). Чередование механизмов роста этого кристалла можно представить схемой 7(А) ^ ^Б) ^ МБ) ^ 7"(Б). Сходная, но более простая картина роста выявлена для кристалла № 812 ромбододекаэдрического габитуса: Г(А) ^ #(Б) ^ Г(Б).
Локальная ИК-спектроскопия кристаллов. Данные исследований показали, что не наблюдается отчетливая зависимость между габитусом изученных кристаллов из трубки им. Карпинского-1 и содержанием в них плейтелетс, азота и водорода. Это обусловлено, во-первых, тем, что большинство проанализированных кристаллов сформировалось в результате изменения механизма роста, а ,во-вторых, тем, что первоначальная форма значительного числа кристаллов была утрачена вследствие окислительного растворения.
Вместе с тем прослеживается корреляция между распределением примесных центров в кристалле и особенностями его внутреннего строения.
Бесцветные кристаллы, сформировавшиеся по тангенциальному механизму роста с квазиоднородным и малоконтрастным послойно-замкнутым окта-эдрическим строением, характеризуются пониженной суммарной концентрацией структурного азота, не превышающей 270 at. ppm, практически полным отсутствием (в пределах чувствительности метода) водородных центров и значимым содержанием плейтелетс (1,9—3,2 усл. ед., рис. 2, вверху).
Особую группу среди кристаллов с однородным и послойным октаэдрическим строением составляют 4 образца (№ 488, 530, 549, 726) с серой окраской, в которых зафиксирована аномально высокая концентрация азота (1204—2218 at. ppm). Они отличаются от бесцветных кристаллов сходного строения повышенным содержанием водородных центров (0,6—2,9 усл. ед.), (рис. 2, в центре). По распределению азотных центров и водорода изученные образцы с серой окраской близки к пятой разновидности по классификации Ю.Л. Орлова [Орлов, 1984] и сопоставимы с кристаллами из россыпей Северной Якутии, которые детально описаны в работе [Рагозин и др., 2003].
Рис. 2. Распределение структурного азота (вверху), водорода (в центре) и плейтелетс (внизу) в кристаллах алмаза трубки им. Кар-пинского-1 в зависимости от их окраски и особенностей внутреннего строения: 1 — бесцветные индивиды с послойным октаэдрическим строением; 2 — серые кристаллы с послойным октаэдрическим строением; 3 — кристаллы с волокнистым строением; 4 — сочетание зон и секторов роста с послойным и волокнистым строением; п — число кристаллов
Кристаллы с волокнистым строением, образовавшиеся в результате роста по нормальному механизму (№ 507, 513, 616, 761, 784, 907), характеризуются повышенной концентрацией азота (1137—1643 at. ррт) и водорода (0,5—6,4 усл. ед.), и практически полным отсутствием плейтелетс (рис. 2).
Распределение структурных дефектов внутри зональных кристаллов алмаза неоднородно. В индивидах с послойной октаэдрической зональностью выявлены четкие изменения содержания азота, плейтелетс и водорода от центра кристалла к его периферии (рис. 3). Например, в алмазе с послойно-замкнутой контрастной зональностью, а также в кристаллах с послойно-незамкнутым строением центральная об-
2000
1500
1000
500
Е ' 2
£ а 5 во
- 3000
2000
1000
Рис. 3. Вариации содержания структурных дефектов по данным И К-спектроскопии в объеме кристаллов алмаза, внутреннее строение которых показано на рис. 1: а — образец № 579; б — № 488; в — № 530; г — № 719; д — № 858; в — № 504; 1 — суммарный азот (Нсум, а! ррш); 11 — водород (Н, см-1); 111 — плейтелетс (Р, см-1); цифры соответствуют зонам кристалла: 1 — центральная, 2 — промежуточная, 3 — внешняя
ласть обеднена азотом ^ -971 — 1190 гл. ррш) по сравнению с внешней ^ -1446—1711 а!;, ррш) (рис. 3, б, в). В то же время в алмазе со слабоконтрастной зональностью вариации содержания примесей азота и водорода от центра к периферии незначительны (рис. 3, а).
В образцах с более сложным внутренним строением также наблюдаются четко выраженные закономерные изменения концентраций оптически активных центров, связанные с формами роста кристаллов (рис. 3, г —е).
Центральные области образцов № 504 и 719 (обломок октаэдра и октаэдричеекий центр кристаллизации соответственно), сформировавшиеся по тангенциальному механизму, характеризуются повышенной концентрацией плейтелетс по сравнению с промежуточными зонами, имеющими волокнистое строение, которое отражает нормальный механизм роста (рис. 3, г, е). Волокнистая оболочка образца № 858, в отличие от расположенных во внутренней части кристалла октаэдрических индивидов, практически не содержит плейтелетс (рис. 3, д). Более крупный из октаэдрических центров кристаллизации имеет внутреннюю кубоидную зону (рис. 3, д). Он характеризуется максимально высокой концентрацией водорода и пониженной концентрацией плейтелетс по сравнению со вторым центром кристаллизации (меньший кристалл октаэдрической формы роста) (рис. 3, д).
Структурные дефекты — индикаторы механизма роста кристаллов. Известно, что распределение водородных центров (Н), плейтелетс (Р) в алмазе связано с механизмом его роста [Блинова, 19891- Для кристаллов с тангенциальным механизмом роста, как правило, наблюдается следующее соотношение концентра-
ций этих дефектов (в условных единицах): Р<1, Н>1; для кристаллов с нормальным механизмом роста: Р>1, Н<1 [Блинова, 19891- Поэтому метод ИК-спект-роскопии (наряду с катодной люминесценцией) можно использовать для получения информации об особенностях механизма роста исследуемых образцов, При таком подходе не требуется изготовления алмазных пластин или какого-либо другого разрушения кристаллов.
Для решения поставленной задачи методом И К-спектроскопии была дополнительно изучена серия образцов (53 шт.) из трубки им. Карпинского-1. На рис. 4 видно, что данные по плейтелетс и водороду в кристаллах в целом хорошо согласуются с результатами "прямых" наблюдений их внутреннего строения с помощью метода катодной люминесценции. Таким образом, 23% рассмотренных кристаллов характеризуются нормальным и 36% — тангенциальным механизмом роста. Остальные кристаллы (41%) одновременно содержат зоны с послойным октаэдрическим и волокнистым строением, т.е. большинство кристаллов сформировалось в результате смены механизма роста (рис. 4).
Согласно данным КЛ и ИК-епектроекопии, высокоазотные послойно-октаэдрические кристаллы из трубки им. Карпинского-1 образовались раньше, чем кристаллы с волокнистым строением. Центральные зоны большинства образцов имеют октаэдрическую форму либо представлены обломками октаэдрических кристаллов, обрастающих в дальнейшем алмазом с волокнистой структурой. Такое внутреннее строение кристаллов служит наглядной иллюстрацией дискретности процесса алмазообразования [Гаранин и др., 20061.
Выявленная нами тенденция смены более ранних послойно-октаэдрических форм на кубоидные с волокнистым строением согласуется с выводами О.Д. Захарченко с соавторами, сделанными на основе изучения алмаза из ряда трубок месторождения им. М.В. Ломоносова [Захарченко и др., 1994]. Для кристаллов алмаза из трубок Центральной Якутии типичнее обратный тип зональности: кубоид или кубо-октаэдр ^ октаэдр [Геншафт и др., 1977].
В нескольких кристаллах отмечена неоднократная смена механизмов роста, но на начальном этапе формирования для них обычны послойный рост и октаэдрические формы. Происхождение столь своеобразной зональности требует дальнейшего изучения. Согласно предварительным данным, можно предпо-
Рис. 4. Соотношение концентрации водорода (Н, усл. ед.) и плей-телетс (Р, усл. ед.) в кристаллах алмаза из трубки им. Карпинского-1 с различными механизмами роста (N — нормальный, Г — тангенциальный, T+N — комбинация тангенциального и нормального роста). На гистограмме показана относительная распространенность групп кристаллов с различными механизмами роста по данным
катодной люминесценции (/) и ИК-спектроскопии (2)
ложить, что сложная внутренняя морфология таких индивидов, обусловленная чередованием зон с тангенциальным и нормальным ростом, связана с пульсирующими изменениями концентрации углерода в среде кристаллизации, а не с резкими перепадами температуры и давления.
Обсуждение результатов. В трубке им. Карпин-ского-1 доля кристаллов с послойным октаэдричес-ким строением, кристаллизовавшихся в равновесных условиях, составляет 36% от общего количества. Все они, по-видимому, образовались в результате медленного роста в мантийных очагах. По содержанию азотных центров и водорода среди этих кристаллов выделяются две генерации. К первой генерации относятся бесцветные индивиды I разновидности по классификации Ю.Л. Орлова [Орлов, 1984] с пониженной концентрацией структурных дефектов (N < 270 at. ppm, %NB~ 13^58, Н < 1 усл. ед.). Температура их формирования, согласно геотермометру Тейлора—Мил -ледж, составляет 1080— 1200°С (при возрасте кристаллов алмаза 1—3 млрд лет) [Taylor et al., 1995]. По распределению азотных центров кристаллы первой генерации аналогичны алмазам с включениями ультраосновного парагенезиса из якутских трубок Айхал и Удачная (N < 283 at. ppm, %NB ~ 16—77) [Зинчук и др., 2003].
Кристаллы второй генерации представлены преимущественно алмазом V разновидности по классификации Ю.Л. Орлова [Орлов, 1984] с высокой концентрацией примесных центров (N > 1204 at. ppm, %NB -20^26, Н -0,6^2,9 усл. ед.). В соответствии с данными работы [Taylor et al., 1995], температура формирования кристаллов алмаза второй генерации
Рис. 5. Распределение кристаллов алмаза из трубки им. Карпинского-1 (/) по содержанию в них структурного азота (HCVM, at. ppm). Для сравнения приведены данные fObyden et al., 1997]'по кристаллам с включениями ультраосновного (2) и эклогитового (3) парагенезисов
несколько ниже, чем первой, и составляет 1050—1100 °С. Алмазы второй генерации практически не отличаются по содержанию азота и водорода от кристаллов V разновидности из россыпей Северной Якутии [Рагозин и др., 2003], относящихся исключительно к эклогито-вой ассоциации [Зинчук и др., 2003; Рагозин и др., 2003].
Исходя из изложенного можно предположить, что алмазы первой генерации из трубки им. Карпин-ского-1 кристаллизовались в ультраосновном мантийном субстрате, а второй генерации, — вероятно, в эклогитовом.
Наряду с типично "мантийными" кристаллами в трубке им. Карпинского-1 широко распространены кристаллы алмаза третьей генерации, отличающиеся от первых двух специфическими условиями образования. На рис. 5 показано распределение алмазов с включениями ультраосновного (У) и эклогитового (Э) парагенезисов из различных месторождений мира по общему содержанию структурного азота [Stachel et al., 1997]. На рис. 5 видно, что лишь небольшую долю кристаллов из трубки им. Карпинского-1 (около 1/3) можно отнести к У- либо Э-типу.
Алмазы третьей генерации сформировались в результате нормального механизма роста в неравновесных условиях, они обладают волокнистым внутренним строением и характеризуются аномально высоким содержанием азота и водорода при практическом отсутствии плейтелетс. В трубке им. Карпинского-1 алмазы присутствуют как в форме самостоятельных индивидов (около 1/4 от общего числа алмазов), так и в сочетании с алмазами более ранней второй генерации. В разной форме алмазы третьей генерации в подавляющем большинстве (-64%) выявлены в трубке им. Карпинского-1.
Алмазы кимберлитового типа из различных регионов мира, как правило, обладают послойным окта-эдрическим строением, что указывает на длительность процесса их формирования в мантийных очагах. Так, в трубке Мир доля таких кристаллов составляет -51%, в трубке Удачная — -56, в россыпях Се-
lg N
Рис. 6. Содержание азота (IgN) и водорода (Н, усл. ед,) в кристаллах алмаза из кимберлитовых трубок им. Карпинского-1 (/), Юбилейная (2) и метаморфических пород месторождения Кумды-Коль
верного Урала — -60% [Геншафт и др., 1977]. Для алмазов из метаморфических пород месторождения Кумды-Коль характерен исключительно нормальный механизм роста [Лаврова и др., 1999], отражающий неравновесные условия кристаллизации. Как уже отмечалось, среди кристаллов из трубки им. Карпин-ского-1 преобладают индивиды, частично или ПОДСПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бартошинский З.В. Минералогическая классификация природных алмазов // Минерал, журн. 1983. Т. 5, № 5. С. 84-93.
2. Блинова Г.К. Структурные примеси как индикаторы механизма роста природных кристаллов алмаза // Докл. АН СССР. 1987. Т. 294, № 4. С. 868-871.
3. Блинова Г. К. Распределение структурных примесей в алмазах различного генезиса // Там же. 1989. Т. 304, № 1. С. 184-186.
4. Богатиков O.A., Гаранин В.К., Кононова В.А. и др. Архангельская алмазоносная провинция. М.: Изд-во МГУ, 2000.
5. Бокий Г.Б., Безруков Г. П., Клюев Ю.А. и др. Природные и синтетические алмазы. М.: Наука, 1986.
6. Гаранин В.К, Кудрявцева Г.П. Полигенность и дискретность природного алмазообразования // Смирновский сборник. М., 2006. С. 53-91.
7. Геншафт Ю.С., Якубова СЛ., Волкова JI.M. Внутренняя морфология природных алмазов. Исследования глубинных минералов. М.: Изд.-во Ин-та физики Земли, 1977.
8. Захарченко О.Д., Каминский Ф.В., Милледж Х.Дж. Внутреннее строение алмазов Архангельской провинции // Докл. РАН. 1994. Т. 338, № 1. С. 69-73.
ностью сформировавшиеся по нормальному механизму роста. Таким образом, алмазы из этой трубки занимают промежуточное положение между кристаллами "мантийного" и "корового" происхождения.
Заключение. Аномально высокая концентрация водородных центров (> 3 усл. ед.), выявленная среди кристаллов алмаза третьей генерации из трубки им. Карпинского-1, не характерна для большинства алмазов кимберлитового типа, например из трубки Юбилейная Далдыно-Алакитского района Якутии (рис. 6). По распределению примесных центров значительная часть кристаллов третьей генерации попадает в поле, близкое к полю метаморфических алмазов из пород месторождения Кумды-Коль (Казахстан), изученных нами ранее [Блинова, 1989]. На диаграмме соотношения Н—(рис. 6) отчетливо видна тенденция к переходу от области с низкими значениями Н и пониженными N5 типичной для большинства алмазоносных трубок Якутии, через область алмазов из трубки Карпинского-1 к области с высокими значениями НиН, типичной для метаморфических алмазов.
Это только первые данные, которые требуют дальнейшего подтверждения на большем количестве алмазов, причем как из трубок Архангельской области, так и из трубок Якутии. Тем не менее уже на данном этапе исследований можно выдвинуть рабочую гипотезу, объясняющую эту закономерность. С нашей точки зрения, кристаллизация алмазов третьей генерации из трубки им. Карпинского-1 происходила в неравновесных условиях, при этом не исключено, что алмаз имеет не мантийное происхождение, а мог сформироваться в протокимберлитовом расплаве.
9. Зинчук Н.Н., Коптиль В. И. Типоморфизм алмазов Сибирской платформы. М.: Недра, 2003.
10. Лаврова Л.Д., Печников В.А., Плешаков A.M. и др. Новый генетический тип алмазных месторождений. М.: Научный мир, 1999.
11. Обыден С.К, Иванников П.В., Сапарин Г.В. Получение изображений рельефных объектов в растровом электронном микроскопе в режиме цветной катодолюмине-сценции // Изв. РАН. Сер. физ. 1998. Т. 62, № 3. С. 641649.
12. Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза. М.: Наука, 1984.
13. Рагозин А.Л., Шацкий B.C. Минералогия и вопросы генезиса округлых алмазов из россыпей северо-востока Сибирской платформы // Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века: Материалы научно-практической конференции AK "АЛРОСА", посвященной 35-летию ЯНИГП ЦНИГРИ AK "АЛРОСА". Мирный, 2003. С. 245-249.
14. Соболев Е.В. Азотные центры и рост кристаллов природного алмаза // Проблемы петрологии земной коры и верхней мантии. Новосибирск: Наука, 1978. С. 245—255.
15. Соболев Е.В., Лисойван В.И. Примесные центры в алмазах // Тез. VIII науч. конф. Новосибирск, 1971. С. 60—61.
16. Хачатрян Г.К., Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П. и др. Распределение структурных дефектов в алмазах из трубки им. В. Гриба (Архангельская алмазоносная провинция) // Вестн. Моск. ун-та. 2006. Сер. 4. Геология. N° 6. С. 29—37.
17. Bursill L.A., Glaisher R.W. Aggregation and dissolution of small and extended defect structures in type I a diamond // Amer. Miner. 1985. Vol. 70. P. 608-618.
18. Kaminsky F.V., Khachatryan G.K. Characteristics of nitrogen and other impurities in diamond, as revealed by infrared absorption data // Canad. Mineralogist. 2001. Vol. 39. P. 1733— 1745.
19. Kaminsky F.V., Khachatryan G.K. The relationship between the distribution of nitrogen impurity centers in diamond crystals and their internal structure and mechanism of growth // Lithos. 2004. Vol. 77, N 1-4. P. 255-271.
20. Lang A.R. Space-filling by branching columnar single-crystal growth: an example from crystallization of diamond // J. Cryst. Growth. 1974. Vol. 23. P. 151-153.
21. Mendelssohn M.J., Milledge H.J. Geologically significant information from routine analysis of the mid-infrared spectra of diamonds // Intern. Geol. Rev. 1995. Vol. 37. P. 95-110.
22. Moore M., Lang A. R. On the internal structure of natural diamonds of cubic habit 11 Philos. Mag. 1972. Vol. 26, N 6. P. 1313-1326.
23. Obyden S.K, Ivannikov P. V., Saparin G. V. Color Catho-doluminescence Display in the Scanning Electron Microscope of Deep Relief Surfaces // SCANNING. 1997. Vol. 19, N 8. P. 533-540.
24. Patel A.R., Patel M.M. Studies on the dodecahedral face of diamond //Amer. Mineral. 1969. Vol. 54. P. 1324-1329.
25. Saparin G.K, Obyden S.K. Color display of videoinformation in the SEM: principles and applications to physics, geology, soil sciences, biology and medicine // SCANNING. 1988. Vol. 10, N 3. P. 87-106.
26. Stachel T., Harris J. W. Singenetic inclusions in diamond from the Birim field (Ghana) — a deep periodic profile with a history of depletion and re-enrichment // Contr. Mineral Petrol. 1997. Vol. 127. P. 336-352.
27. Sunagawa I. Morphology of natural and synthetic diamond crystals // Materials science of the Earth's Interior. Tokyo: Terra Scientific Publishing, 1984. P. 303-330.
28. Taylor IV. R., Milledge H.J. Nitrogen aggregation character, thermal history and stable isotope composition of some xenoliths-derived diamonds from Roberts Victor and Finch // 6th Int. Kimberlite Conf. Extended Abstr. Novosibirsk, 1995. P. 620-622.
29. Woods G.S. Platelets and the infrared absorption of type la diamonds // Proc. Roy. Soc. L. 1986. Vol. A 407. P. 219-238.
Поступила в редакцию 29.06.2007
