ДЕФЕКТЫ В АЛМАЗЕ КАК ИНДИКАТОРЫ УСЛОВИЙ
И ЭВОЛЮЦИИ ПРОЦЕССОВ АЛМАЗООБРАЗОВАНИЯ

Координатор: акад. Соболев Н. В.

Исполнители: ИМП, ИФП, ИАиЭ, ИЯФ, ИНХ, ИХХТМ СО РАН

На основе анализа типоморфных особенностей дефектно-примесного состава природного алмаза и экспериментально установленных закономерностей по кристаллизации алмаза выявлены новые критерии, позволившие реконструировать условия образования и посткристаллизационную историю алмазов неясного генезиса.

Комплексное изучение включений минералообразующей среды и примесного состава алмазов неясного генезиса (округлые алмазы V разновидности, поликристаллические алмазы-карбонадо) впервые позволило обосновать их субдукционное происхождение. Об этом свидетельствует облегченный изотопный состав алмазов V разновидности, наряду с высоким содержанием примеси азота, что является необычным для алмазов из кимберлитовых трубок. Включения углекислоты в алмазах исключают возможность присутствия в среде кристаллизации таких типичных для мантии минералов, как оливин и пироксены.

Впервые доказано наличие в алмазах-карбонадо азота в агрегированной форме (рис. 1), а также сложных вакансионных дефектов с высокими температурами отжига, что является индикатором воздействия излучения на карбонадо при высокой температуре и объясняется кристаллизацией карбонадо в субдуцированных породах земной коры.

Рис. 1. Спектр ЭПР N3V-центра в бразильских карбонадо: а - экспериментальный, б - смоделированный.

Fig. 1. EPR-spectrum of N3V-centre in the Brasilian carbonados: a - experimental, б - modeled.

Разработан метод определения локальных концентраций парамагнитного азота в метаморфогенных микроалмазах. Из соотношения интегральных интенсивностей разрешенного спектра и обменной линии рассчитано соотношение локальных объемов с высокой (до 1900 ppm) и низкой (до 365 ppm) концентрациями Р1-центров (рис. 2). Эти данные обосновывают двухстадийную кристаллизацию микроалмазов. Проведенные эксперименты по отжигу микроалмазов при высоких давлениях свидетельствуют о коротком интервале времени пребывания микроалмазов при температурах, отвечающих пику метаморфизма (не более 200 тыс. лет). Анализ процесса агрегирования примесного азота в рамках реакции второго порядка (уравнение Kt = 1/C – 1/Co) дает величины скоростей реакции (K = 3,0× 10–6 ррм–1мин–1 для 1700 ° С), соответствующие данным Эванса для природных алмазов в случае прыжкового механизма диффузии.

Рис. 2. Экспериментальный спектр ЭПР Р1-центров в кокчетавских микроалмазах из гранат-пироксеновых пород (А) и результат разложения его на составляюшие (В, С).

Fig. 2. EPR experimental spectrum of P1-centres in the Kokchetav microdiamonds from garnet-pyroxene rocks (А), and the results of the separation of spectrum A into components (В, С).

Проведены эксперименты по кристаллизации алмаза в природных системах, где в качестве среды кристаллизации использованы алмазоносные метаморфические породы. При Р = 5,7 ГПа и Т = 1420 ° С гранат-пироксеновая порода не плавится и остается инертной по отношению к графиту и алмазу, что позволяет рассматривать ее как рестит. При тех же параметрах пироксен-карбонатная порода претерпевает плавление и обеспечивает нуклеацию и рост алмаза. На основе результатов хроматографического анализа флюидной фазы обоснована определяющая роль водосодержащего карбонат-силикатного расплава в процессе генезиса метаморфогенных алмазов. Экспериментально реализована совместная кристаллизация алмаза и граната, при этом впервые смоделированы условия захвата микроалмазов кристаллами граната.

Впервые методами ИК—Фурье-микроскопии и католюминесценции проведено исследование кристаллов алмаза, полученных в карбонат-углеродных системах. На примере системы СаСО3–С установлено, что концентрация примесного азота в форме пар атомов (А-центры) в кристаллах варьирует от 600 до 1500 ррm. Для спектров ИК-поглощения этих кристаллов (рис. 3) характерны линии 3107 см–1, связанные с примесью водорода, а также полосы поглощения, обусловленные включениями карбоната (1430 и 875 см–1). Доминирующими полосами свечения данных кристаллов являются голубая А-полоса и полосы ЭКС центров N3, Н3 и 575 нм. Полученные результаты доказывают, что свойства изученных кристаллов абсолютно типичны для природных алмазов типа Ia. Это подтверждает справедливость “карбонатной” модели природного алмазообразования и позволяет использовать закономерности, установленные в экспериментах, для реконструкции природных алмазообразующих процессов.

Рис. 3. Типичный спектр ИК-поглощения кристаллов алмаза, полученных в системе СаСО3-С.

Fig. 3. A typical spectrum of IR-absorption of the diamond crystals, which are obtained in the system CaCO3-C.

Список основных публикаций

  1. Cartigny P., De Corte K., Shatsky V. S., Ader M., De Paepe P., Sobolev N. V., Javoy M. The origin and formation of metamorphic microdiamonds from the Kokchetav massif, Kazakhstan: a nitrogen and carbon isotopic study// Chem. Geol., 2001, v. 176, p. 265—281.

  2. Соболев Н. В., Шертл Х.-П., Бурхард М., Шацкий В. С. Необычный пироп-гроссуляровый гранат и его парагенезис из алмазосодержащих известково-силикатных пород Кокчетавского массива, Казахстан// Докл. РАН, 2001, т. 380, № 2, с. 1—5.

  3. Томиленко А. А., Рагозин А. Л., Шацкий В. С., Шебанин А. П. Вариации состава флюидной фазы в процессе кристаллизации природных алмазов// Там же, т. 378, № 6, с. 802—805.

  4. Nadolinny V. A., Shatsky V. S., Sobolev N. V., Twitchen D. D., Yuryeva O. P., Vasilewsky I. A., Lebedev V. N. On the nature of new paramagnetic centers in Brazilian and Central-African carbonados// Amer. Mineral., 2003, v. 88, p. 11—17.

  5. Sokol A. G., Borzdov Yu. M., Pal’yanov Yu. N., Khokhryakov A. F., Sobolev N. V. An experimental demonstration of diamond formation in the dolomite-carbon and dolomite fluid-carbon systems// Eur. J. Mineral. 2001, v. 13, N 5, p. 893—900.

  6. Пальянов Ю. Н., Шацкий В. С., Сокол А. Г., Томиленко А. А., Соболев Н. В. Экспериментальное моделирование кристаллизации метаморфогенных алмазов// Докл. РАН, 2001, т. 380, № 5, с. 671—675.

  7. Cherepov E. I., Tishkovsky E. G., Obodnikov V. I., Pal’yanov Yu. N., Sokol A. G., Sobolev N. V. Redistribution of nitrogen implanted in the crystals of synthetic diamonds// Nuclear Instr. and Methods in Physics Research, 2001, v. 183, N 3—4, p. 301—304.

  8. Pal’yanov Yu. N., Sokol A. G., Borzdov Yu. M., Khokhryakov A. F. Fluid-bearing alkaline-carbonate melts as the medium for the formation of diamonds in the Earth’s mantle: an experimental study// Lithos, 2002, v. 60, N 3—4, p. 145—159.

  Оглавление Далее