Алмазы Сибири. Морфологические особенности алмазов из россыпей и кимберлитов северо-востока Сибирской платформы

Введение

Алмазное сырье имеет огромное значение для научно-технического прогресса и является неотъемлемой частью промышленного и ювелирного мира. Постоянно возрастающая потребность в алмазах требует расширения сырьевой базы этого минерала. В связи с этим возникает необходимость совершенствования методов поисков, как алмазоносных кимберлитовых трубок, так и россыпей алмазов. Минералого- геохимические поиски алмазов широко используются для обнаружения новых промышленных кимберлитовых и россыпных месторождений алмаза.

После находки С. Н. Соколовым в 1948 г. кристалла алмаза на территории Сибирской платформы в аллювии реки Малая Ерема, приток нижней Тунгуски, и особенно после открытия в 1954 году первой алмазоносной кимберлитовой трубки значительно возрос интерес к геологии Сибирской платформы. В результате планомерных и интенсивных исследований было установлено, что этот регион является одним из самых крупных алмазоносных провинций мира. В пределах Сибирской платформы было открыто множество крупных алмазоносных кимберлитовых тел, имеющих промышленное значение (трубки «Мир», «Интернациональная», «Удачная», «Айхал», «Сытыканская» и др.). В северо-восточной части Сибирской платформы широко распространены аллювиальные россыпи с большим содержанием алмазов. Однако, высокоалмазоносных кимберлитовых трубок в этом районе не обнаружено. В связи с этим существует проблема обнаружения коренных источников этих алмазов.

Актуальность данной книги заключается в том, что коллекция алмазов, подаренная минералогическому музею СПбГУ И. Ф. Гориной, являлась до настоящего момента мало изученной. Также актуальность выбранной темы в волнующем вопросе об установление природы происхождения россыпных алмазов на Сибирской платформе, т.к. до настоящего времени доподлинно не известно, откуда в ореоле россыпей северо-востока Сибирской платформы находят столь большое количество кристаллов алмаза, в том числе ювелирного качества. Для этого региона характерна уникальная россыпная алмазоносность, связанная преимущественно с аллювиальными отложениями. Наиболее богаты россыпи рек Эбелях, Биллях, Маят, Марха (Граханов, 2006; Добрецов, Похиленко, 2010; Афанасьев и др., 2011). Для приближения к раскрытию этой проблемы были изучены также образцы алмазов из трубок, находящихся в непосредственной близости к изучаемой территории, таких как: «Лыхчан», «Поздняя», «Отрицательная», «Ленинград», и др.

Данное сравнение поможет нам более детально рассмотреть все сходства и различия алмазов из коренных месторождений и россыпных, аллювиальных отложений.

Для написании данной книги было изучено и проведено сравнение минералогических особенностей 350 кристаллов алмаза из аллювиальных отложений и из близлежащих кимберлитовых трубок, открытых на территории Анабаро – Оленекского междуречья. Сравнение между собой различных морфологических групп и ведение статистики по частоте встречаемости той или иной морфологической группы в россыпях и кимберлитовых трубках указанной провинции.

Изучение и сравнение минералогических особенностей алмазов из аллювиальных отложений и кимберлитовых трубок по следующим параметрам:

● 

кристалломорфология;

● 

окраска;

● 

размерность;

● 

признак механического износа;

● 

следы пластических деформаций;

Изучение особенностей реальной структуры кристаллов алмаза и интерпретация данных полученных о дефектно-примесном составе и распределения основных дефектов азота. Сравнение с имеющимися результатами в литературе.

Изучение скульптурных образований и микрообразований на поверхности кристаллов из коллекции для характеристики их образования.

В ходе исследований были использованы следующие методы:

● 

оптическая микроскопия

Под бинокулярным микроскопом было изучено 359 кристаллов, особенности внешней морфологии были зафиксированы на 2300 фотографиях.

● 

электронная микроскопия во вторичных (SEМ) и отраженных (REМ) электронах.

Этим методом было исследовано 140 кристаллов и получено более 800 фотографий. Использовалась для исследования скульптурных образований на поверхности кристаллов алмаза и детального рассмотрения общей морфологии. Исследования проводились на растровом сканирующем микроскопе Hitachi TM3000.

● 

инфракрасная спектроскопия (ИКС) и компьютерная обработка полученных ИК спектров.

Метод дал возможность обнаружить азотные дефекты в кристаллах алмаза, а также провести изучение формы вхождения азота в структуру. В результате исследований было получено 83 спектра ИК- поглощения, которые были расшифрованы при помощи компьютерной программы обработки ИК спектров v2010-05-06.

● 

фотолюминесценция и компьютерная обработка полученных спектров.

Использовалась для выявления дополнительных структурных дефектов алмаза, а также этим методом были получены данные о характере люминесценции кристаллов под действием УФ-лучей (120 спектров);

● 

конфокальный электронный микроскоп

Этим методом было изучено 48 кристаллов алмаза и получено более 150 фотографий.

Пробоподготовка, все аналитические исследования, а также обработка и интерпретация исходных данных, выполнены автором самостоятельно.

Проведено комплексное исследование вариаций основных характеристик дефектно-примесного состава в пределах представительной выборки алмазов с ярко выраженными различиями в окраске и морфологии из россыпей и кимберлитов северо- востока ЯАП. Проведено комплексное исследование люминесценции алмазов с указанной территории при воздействии УФ и конфокальным излучением.

Глава 1. Краткое описание геологического строения северо-восточной части Сибирской платформы. Характеристика коренной и россыпной алмазоносности, поисковые критерии по литературным данным.

В структурном отношении территория северо-востока Сибирской платформы входит в состав Анабарской антиклизы, представляющей собой обширное пологое поднятие, сложенное верхнепротерозойскими и палеозойскими отложениями (разнообразные карборнатные и терригенные породы) суммарной мощностью до 4,5 км, залегающими на раннедокембрийском кристаллическом фундаменте, обнаженном на Анабарском щите и Оленекском поднятии (Смелов, Зайцев, 2010). Границы антиклизы определяются позднепалеозойскими и мезозойскими отрицательными структурами, наложенными на ее склоны. В ее пределах выделены различные по возрасту и строению положительные структуры, наиболее крупным из которых являются Оленекское поднятие. Подробное рассмотрение тектоники территории можно увидеть на рисунке 1.

В пределах рассматриваемого региона проявилось несколько магматических циклов. Наиболее ранний относится к архейской эре (интрузии гранитоидов, анортозитов). Протерозойский цикл характеризуется формированием интрузий ультаосновных пород, габбро-диабазов, гранитоидов. В позднем палеозое и раннем мезозое проявилась как интрузивная, так и эффузивная деятельность. В ранние фазы этого цикла происходило внедрение трапповой магмы, а в более позднюю фазу – образование кимберлитов. Триасовая эпоха кимберлитового магматизма была продуктивной и участвовала в формировании россыпной алмазоносности, однако поиски триасовых кимберлитов могут иметь некоторую специфику. Отложения пермского возраста были развиты на северо-востоке платформы и размывались по мере поднятия Анабарской антиклизы.

Рис. 1. Схема геолого-тектонической структуры территории ЯАП. 1- Архей-палеопротерозой; 2 – мезо – и неопротерозой; 3 – палеозой; 4 – интрузивные траппы с возрастом 250 млн. лет; 5 – мезозой; 6 – граница Сибирской платформы; 7 – границы региональных тектонических структур: I-Анабарская антиклиза, III-Сюгджинская седловина, V-Тунгусская синеклиза, VI- Вилюйская синеклиза, VII-Енисейско-Хатангский прогиб, VIII-Лено-Анабарский прогиб, IX- Приверхоянский прогиб.; 8 – геологические границы; 9 – контур Якутской кимберлитовой провинции; 10 – граница между Вилюйской (А) и Анабаро-Оленекской (Б) субпровинциями; 11 – кимберлитовые поля; 12 – границы минерагенических зон: VM- Вилюйско-Мархинская, DO- Далдыно-Оленекская, AS- Арга-Салинская, AN- Анабарская (Смелов, Зайцев, 2010)

Большой интерес к изучению геологии региона был вызван открытием в 1954 г. геологами ленинградской школы Н. Н. Сарсадских, А. А. Кухаренко и Л. А. Попугаевой в Анабаро-Оленекском междуречье первой алмазоносной кимберлитовой трубки. Многочисленные геологические исследования этого региона позволили причислить его к самым крупным алмазоносным провинциям мира.

Всего на Сибирской платформе найдено более тысячи кимберлитовых тел трех возрастных уровней – среднепалеозойского, триасового и юрско-мелового. Промышленную алмазоносность имеют только среднепалеозойские кимберлиты; из триасовых лишь трубка Малокуонамская имеет близкую к промышленной алмазоносность, а трубки юрско-мелового возраста практически не алмазоносные. В. А. Милашевым с соавторами (1971) на описываемой территории выделено 12 кимберлитовых полей

В основном кимберлитовые поля имеют северо-восточное простирание (Вилюйско- Мархинское и Оленекское), в некоторых же случаях (Анабарско-Куонамское) имеют северо-западное направление (Брахфогель, 1984, Илупин и др., 1990). Закономерности проявления высокоалмазоносного кимберлитового магматизма на территории Сибирской платформы не выяснены (Никулин, Сафронов, 2001). По мнению А. И. Зайцева и А. П. Смелова (2010) в настоящее время наиболее обоснованной считается гипотеза, носящая название «Правило Клиффорда», тектонического контроля высокоалмазоносного кимберлитового магматизма. Т. Н. Клиффорд доказал, что районы кимберлитового магматизма находятся в пределах древних кратонов (древних платформ), которые состоят из ядер, с возрастом 1,5-2,0 млрд. лет и окружающих их подвижных поясов, с возрастом 1,0-0,8 млрд. лет. Кимберлиты, образовавшиеся в пределах молодых подвижных поясов, являются неалмазоносными, а кимберлиты в пределах древних ядер – алмазоносными. Алмазоносные кимберлиты встречаются только в пределах пересечения ими архейских кратонов. А на участках пересечения подвижных поясов они все неалмазоносны (Смелов, Зайцев, 2010 г.)

Рис. 2. Обзорная тектоническая схема Северо-Азиатского кратона с положением Якутской алмазоносной провинции (Смелов, Зайцев, Тимофеев, 2007)

1- Сибирская платформа; 2- Складчато-надвиговые пояса и окраины кратона; 3- Выход докембрийского фундамента (щиты и поднятия); 4- Мезозойский вулкано-плутонический пояс; 5- Кимберлитовые поля (1-Мало-Ботуобинское; 2-Накынское; 3-Алакит-Мархинское; 4- Далдынское; 5-Верхне-Мунское; 6-Чомурдахское; 7-Западно-Укукитское; 8-Восточно-Укукитское; 9- Огонер-Юряхское; 10-Мерчимдинское; 11-Куойкское; 12- Моркокинское; 13-Толуопское; 14-Хорбусуонское; 15-Лучаканское; 16-Куранахское; 17- Дюкенское; 18-Биригиндинское, 19-Ары-Мастахское; 20- Старореченское; 21-Орто-Ыаргинское; 22-Эбеляхское; 23 Томторское; 24-Харамайское).

Для исследований в данной работе были взяты алмазы из нескольких кимберлитовых трубок, имеющих разный возраст, который был установлен методами К/Аr и U-Pb по циркону (таблица 1).

Таблица 1.

Разновозрастные кимберлитовые трубки из полей северо-восточной части Сибирской платформы, из которых были взяты кристаллы алмаза для изучения.

Название трубки

Возраст, млн. лет

Кимберлитовое поле

Ленинград

380-351

Западно-Укукитское поле

Отрицательная

229-160

Лучаканское поле

Лыхчан

229-220

Лучаканское поле

Поздняя

232-217

Лучаканское поле

Баргыдамалах

Ары-Мастахское поле

НИИГА

Арбайбыт

Русловая

Куойкское поле

Фестивальная

414 ±20

Огонер-Моторчунское

Двойная

240 ±9

Лучаканское поле

На северо-востоке Сибирской платформы обнаружены россыпи алмазов различных по генетическим и морфологическим аспектам (рис.3). В. В. Жуков, И. Ф. Горина и Л. Я. Пинчук (1968) установили на территории Далдыно-Алакитского района наиболее древние погребенные россыпи, датируемые пермским возрастом. В четвертичных отложениях алмазы отмечаются почти повсеместно.

В настоящее время россыпные алмазы обнаружены в отложениях следующих возрастных уровней:

● 

средний палеозой (в частности, прибрежно-морские гравелиты на северо-востоке Якутской алмазоносной провинции);

● 

верхний палеозой (широко распространены в районах коренной промышленной алмазоносности, в частности в Мало-Ботуобинском алмазоносном районе);

● 

ранний мезозой (триасовые прибрежно-морские отложения по северо-востоку платформы);

● 

средний-поздний мезозой (в районах коренной промышленной алмазоносности и по северо-востоку платформы);

● 

кайнозой (распространены наиболее широко по всей территории платформы, особенно в четвертичных отложениях).

Основным из известных коренных источников алмазов являются кимберлиты. (Вишневский и др., 1997). Однако прежде чем стать современными россыпями алмазы претерпели неоднократное переотложение и прошли через целый ряд промежуточных коллекторов (Бобриевич, 1957).

Кроме россыпной алмазоносности, связанной с кимберлитовыми источниками, на Сибирской платформе В. П. Афанасьев с соавторами установили алмазы, названные авторами «экзотическими типами». Это название было им присвоено из-за того, что источники этих алмазных россыпей неизвестны. Возраст коренных источников экзотических типов алмазов, предполагается докембрийский.

С докембрийскими алмазоносными формациями связаны 12 % мировой добычи алмазов. Древние формации обычно приурочены к базальным конгломератам, отложившимся после длительного перерыва и денудации (Горина, 1973).

Территория взятия россыпных алмазов для коллекции простирается от реки Анабар, Куонамка до реки Оленек, захватывая многие их притоки. Всего находки алмазов взяты из 24 рек, указанных в таблице 2.

Рис. 3. Схема размещения алмазоносных россыпей на территории Лено-Анабарского междуречья (Жуков, Горина, Пинчук, 1968).

1-граница Анабарской антеклизы; 2-береговая линия нижнеюрского моря; 3-береговая линия среднеюрского моря; 4- береговая линия верхнеюрского моря; 5- россыпи, не имеющие видимой связи с определенными коренными источниками; 6- площади групп россыпей: А-эбеляхская, Б- беенчиме-куойкинская, В- верхнеуджинская, Г- уджа-уэлинская; 7- россыпи, расположенные в пределах поля развития кимберлитовых трубок; 8- места находок алмазов в аллювиальных отложениях; 9- кимберлитовые трубки;

Коллекциия алмазов из Анабарско-Оленекского междуречья, хранящаяся в музее кафедры минералогии СПбГУ была собрана И. Ф. Гориной в экспедиции НИИГА, занимавшейся поисками алмазов (Биректинская, Амакинская). Основной методикой поисков было проведение шлихового опробования на всей территории Якутии.

Алмазы россыпных месторождений были взяты из аллювия рек, представленных в таблице 2:

Таблица 2.

Реки Сибирской платформы, из аллювия которых были взяты алмазы для исследования

Название реки

Количество

кристаллов

Название реки

Количество

кристаллов

Маят

19

Хатыгын‐ Уэлете

19

Биллях

47

Бээмчиме

1

Большая Куонамка

5

Куойка

14

Малая Куонамка

2

Марха

16

Усумун

2

Домус

2

Дьэлиндэ

11

Оленек

12

Налим –Дьелиндэ

27

Укукит

5

Эбелях

10

Таас‐Эйээгин

3

Чоппо‐Дьелиндэ

16

Курунгнах

1

Хадыга

1

Нижняя Томба

1

Балаганах

2

Большая Конда

2

Уджа

17

Лучакаан

24

Следует отметить, что все кристаллы алмаза, которые мы исследовали в данной работе, ранее не изучались. Вся коллекция И. Ф. Гориной проходит стадию поэтапного изучения в Санкт-Петербурге и в Новосибирске. Также данные об исследованиях кристаллов алмаза из Анабар-Оленекского междуречья можно найти в работах прошлых лет, которые были выполнены Г. Ф. Анастасенко, А. А. Батаевой и Е. О. Зенченко (2010, 2012 гг.).

Глава 2. Минералогические особенности алмаза северо-востока Сибирской платформы

2.1. Классификации алмазов

Классификаций алмаза на сегодняшний день довольно много. Наиболее ранней является классификация Дэна, созданная еще в 1892 г. (Дэна и др., 1951). Пользуется популярностью классификация Сунагавы, в основе которой лежат механизмы кристаллизации алмазов (Sunagawa, 1984).

Существует также частные классификации по тому или иному признаку или группе признаков, предназначенных для решения локальных вопросов минералогии алмазов. Так, В. И. Коптиль частично объединил классификации Ю. Л. Орлова и З. В. Бартошинского, добиваясь большей детальности классификации.

Тем не менее, располагая знанием и возможностью использования любой из упомянутых классификаций, мы в своей практике пользуемся главным образом двумя классификациями – З. В. Бартошинского с соавторами (Гневушев, Бартошинский, 1959, Квасница, 1991) и Ю. Л. Орлова (1965, 1973, 1984). Различные по своей сути, эти классификации показывают широчайшую картину минералогического разнообразия алмазов и одновременно очень практичны. Среди монокристаллов могут выделяться разновидности по существенному отличию кристаллографических форм их роста, характеру примесных дефектов и другим особенностям, приобретенным в процессе кристаллизации. Среди поликристаллических агрегатов могут выделяться разновидности по отличию их строения (яснозернистое, радиально-лучистое, скрытокристаллическое), которое определяется условиями их роста.

Внешняя форма кристаллов алмаза разнообразна и давно является предметом изучения и связанных с этим споров. Наиболее подробные и полные морфологические описания алмаза даны в работах А. Е. Ферсмана (1925), А. А. Кухаренко, Ю. Л. Орлова (1971) и З. В. Бартошинского (1983), которые мы рассмотрим ниже.

Первую классическую классификацию природных алмазов предложил в ученом мире А. Е. Ферсман в далеком 1911 году, при защите своей кандидатской диссертации. Он разделил все изучаемые им кристаллы алмаза на две большие группы (Посухова, Гаранин, 2012 г.):

1 группа: Кристаллы чистого роста. К таковым он отнес кристаллы октаэдрического габитуса с гладкой поверхностью граней и острыми прямыми ребрами.

2 группа: Кристаллы, образование которых закончилось в стадии растворения. В данной группе он выделил следующие типы кристаллов:

• 

переходный ряд от октаэдра к додекаэдру;

• 

переходный ряд от октаэдра к додекаэдру с различными образованиями на вершинах куба;

• 

октаэдр и куб в одинаковом развитии с подчиненным додекаэдром;

• 

переходный ряд с основным кубом;

• 

искаженные кристаллы;

• 

двойники

А. Е. Ферсман, используя результаты опытов по травлению природных кристаллов алмаза, пришел к выводу, что криволинейные формы образовались в результате растворения, на основе сходства наблюдаемых форм природных алмазов с результатами опытов.

Следующая детальная кристалломорфологическая классификация алмазов, принадлежит З. В. Бартошинскому (1983), который выделил 12 групп кристаллов, каждая из которых различается по преобладанию отдельных простых форм, характеризуется различной кривизной поверхности граней. Кроме того, совместно с М. А. Гневушевым, была усовершенствована простейшая морфологическая классификация Н. А. Бобкова по габитусным типам алмазов. Таким образом, новая классификация Гневушева – Бартошинского (1959) включала 12 морфологических типов алмазов с учетом габитусного типа и гранной морфологии.

Эта классификация охватывает все морфологическое разнообразие алмазов. В каждой отдельной группе выделено несколько переходных типов.

Группа 1: острореберные октаэдры.

Группа 2: бесцветные и бледноокрашеные комбинационные многогранники ряда октаэдр-ромбододекаэдр, сложенные тригональными слоями.

Группа 3: бесцветные, полуокруглые, комбинационные индивиды ряда октаэдр- ромбододекаэдр, сложенные дитригональными слоями.

Группа 4: густоокрашенные комбинационные многогранники ряда октаэдр-ромбододекаэдр, сложенные тригональными и дитригональными слоями с подчиненными поверхностями куба или группами квадратных, тетрагональных впадин на вершинах.

Группа 5: полуокруглые и округлые кристаллы ромбододекаэдрического и переходного габитусов, темноокрашенные, сильно трещиноватые, с множеством включений графита.

Группа 6: округлые кривогранные кристаллы алмаза.

Группа 7: кристаллы, сочетающие форму округлых и гладкогранных индивидов типа 1,2,3.

Группа 8: кристаллы кубического и тетрагексаэдрического габитусов.

Группа 9: индивиды с резко выраженными признаками травления, а также кристаллы с грубой леденцовой скульптурой.

Группа 10: поликристаллические сростки и агрегаты. Группа 11: балласы.

Группа 12: карбонадо и карбонадоподобные образования.

Наглядные примеры кристаллов по разновидностям представлены на рисунке 4. Предложенная классификация включает в себя как плоскогранные формы, образованные в результате роста кристаллов, так и кривогранные, механизм образования которых долгое время был дискуссионным, и которые З. В. Бартошинский рассматривал как форма роста, а А. Е. Ферсман и Ю. Л. Орлов как форму растворения. На сегодняшний момент дискуссии завершены и признано, что кривогранные формы являются следствием растворения прямогранных алмазов. Большое значение для подтверждения данного вывода имела монография А. А. Кухаренко «Алмазы Урала» (1955). Автор пришел к выводу, что подавляющее количество кривогранных кристаллов алмаза образуется в процессе частичного растворения плоскогранных кристаллов.

Рис. 4. Морфологическая классификация алмаза по З. В. Бартошинскому.

Классификация успешно служила выявлению сходства-различия между алмазами разных россыпных и коренных объектов с целью прогноза новых месторождений.

Классификация Ю. Л. Орлова была создана в 1965г. на принципиально другой основе (Орлов, 1965).

С минералогической точки зрения она представляет интерес, так как она разбита по разновидностям форм кристаллизации алмаза, выделяемым по присущим им типоморфным особенностям, свидетельствующим о некотором отличии условий их роста.

Важно учитывать, что монокристаллы образуются в других условиях кристаллизации, чем поликристаллические агрегаты, поэтому те и другие должны выделяться в две самостоятельные генетические группы. В генетической классификации, предложенной Ю. Л. Орловым (1973, 1984 гг.), отражены особенности кристаллов алмаза, приобретенные ими в момент образования. Разновидности их выделены по отличию плоскогранных форм роста и другим типоморфным особенностям, возникшим в процессе кристаллизации. Каждый тип характеризуется визуальной степенью прозрачности самого кристалла, особенностями поглощения в ИК-спектрах, и УФ-видимой частях спектра, характером свечения в УФ-лучах. Таким образов, эта классификация не является чисто морфологической, так как при разделении алмаза на группы учитываются также физические свойства кристаллов.

Классификация разбивает кристаллы на разновидности: монокристаллы (с 1 по 5 разновидность) и кристаллические сростки (с 6 по 11 разновидность).

Разновидность I. Формой роста данной разновидности является октаэдр. Преимущественно бесцветные кристаллы, имеющие в некоторых случаях легкие оттенки желтого. Люминесценция в УФ-лучах голубая, желтая или зеленая. В большинстве кимберлитовых трубок и связанных с ними россыпей кристаллы алмаза этой разновидности преобладают над другими.

Рис. 5. Кристаллы алмаза разновидности I с различным характером развития граней (тр. Малая- Куонамская (1-2) и россыпь реки Биллях (3)).