Начальные стадии переогранения округлых природных алмазов при растворении в расплаве Fe-S при высоком давлении

Объект исследований. В статье представлены результаты микроскопического и фотогониометрического изучения природных округлых алмазов тетрагексаэдрического габитуса из кимберлитовой трубки Интернациональная (Якутия), частично растворенных в серосодержащем расплаве железа (содержание серы 15–30 мас. %) при 4.5 ГПа и 1450°С.

Методы. Эксперименты проводили на беспрессовом многопуансонном аппарате типа “разрезная сфера” в твердофазной ячейке высокого давления, изготовленной из прессованных порошков тугоплавких оксидов ZrO2, CaO, MgO, с цилиндрическим графитовым нагревателем. Кристаллы изучали с помощью оптического микроскопа МБС-10 с фотоприставкой и сканирующего электронного микроскопа JeolJSM-6510LV. Гониометрическое изучение кристаллов алмаза проводили фотометодом в цилиндрической камере.

Результаты. Установлено, что при содержании серы 15 мас. % кристаллы алмаза тетрагексаэдрического габитуса преобразуются в кривогранную форму октаэдроида с морфологическими характеристиками, подобными природным алмазам из кимберлитов. При содержании серы 23–30 мас. % скорость растворения алмазов в Fe-Sрасплаве резко снижается, при этом поверхность алмазов на микроуровне покрывается многочисленными бугорками травления, ограненными поверхностями, близкими к плоскогранной форме {111}. Растворение округлых алмазов в расплаве Fe-S при высоком давлении происходит по “нормальному” (перпендикулярно поверхности растворяющегося кристалла) механизму при подчиненном значении тангенциально-послойного механизма посредством тригональных слоев растворения.

Заключение. Кристаллы природного алмаза могли подвергаться растворению в мантии еще до попадания в кимберлитовую магму. Можно выделить два принципиально различных комплекса гомоморфных и типоморфных особенностей форм растворения природных алмазов, а именно: связанные с мантийными условиями до попадания кристаллов в кимберлитовую магму и собственно с кимберлитовым процессом. Присутствие в месторождениях кимберлитового типа октаэдрических алмазов с параллельной (тригональной) штриховкой может свидетельствовать о повышенной сохранности алмазов вследствие относительно незначительного воздействия кимберлитовой магмы. Это, несомненно, должно способствовать выяснению генезиса алмазов и, возможно, совершенствованию минералогических критериев поиска алмазов.

1. Афанасьев В.П., Ефимова Э.С., Зинчук Н.Н., Коптиль В.И. (2000) Атлас морфологии алмазов России. Новосибирск: Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ, 298 с.

2. Бартошинский З.В., Квасница В.Н. (1991) Кристалломорфология алмаза из кимберлитов. Киев: Наук. думка, 172 с.

3. Бескрованов В.В. (2000) Онтогения алмаза. Новосибирск: Наука, 264 с.

4. Буланова Г.П., Специус З.В., Лескова Н.В. (1990) Сульфиды в алмазах и ксенолитах из кимберлитовых трубок Якутии. Новосибирск: Наука, 120 с.

5. Варшавский А.В. (1968) Аномальное двупреломление и внутренняя морфология алмаза. М.: Наука, 92 с.

6. Геншафт Ю.С., Якубова С.А., Волкова Л.М. (1977) Внутренняя морфология природных алмазов. Исследования глубинных минералов. М.: ИФЗ АН СССР, 5-31.

7. Жимулев Е.И., Чепуров А.И., Синякова Е.Ф., Сонин В.М., Чепуров А.А., Похиленко Н.П. (2012)

8. Кристаллизация алмаза в системах Fe-Co-S-C и Fe-Ni-SC и роль металл-сульфидных расплавов в генезисе алмазов. Геохимия, (3), 227-239.

9. Жимулев Е.И., Сонин В.М., Афанасьев В.П., Чепуров А.И., Похиленко Н.П. (2016а) Расплав Fe-S – возможный растворитель алмаза при мантийных условиях. Докл. АН, 471(5), 583-585.

10. Жимулев Е.И., Сонин В.М., Миронов А.М., Чепуров А.И. (2016б) Влияние содержания серы на кристаллизацию алмаза в системе Fe-C-S при 5.3– 5.5 ГПа и 1300–1370°С. Геохимия, (5), 439-446. О

11. рлов Ю.Л. (1963) Морфология алмаза. М.: Изд-во АН СССР, 236 с.

12. Соболев Н.В., Ефимова Е.С., Поспелова Л.Н. (1981) Самородное железо в алмазах Якутии и его парагенезис. Геология и геофизика, 22(12), 25-29.

13. Сонин В.М., Жимулев Е.И., Помазанский Б.С., Земнухов А.Л., Афанасьев В.П., Чепуров А.И. (2017) Фотогониометрия кристаллов алмаза, растворенных в гетерогенной среде при 4 ГПа и 1400°С. Записки РМО, 146(5), 115-124.

14. Сонин В.М., Жимулев Е.И., Помазанский Б.С., Земнухов А.Л., Чепуров А.А., Афанасьев В.П., Чепуров А.И. (2018а) Морфологические особенности растворения кристаллов алмаза в расплаве Fe0.7S0.3 при 4 ГПа и 1400°С. Геология рудн. месторождений, 60(1), 91-102.

15. Сонин В.М., Жимулев Е.И., Томиленко А.А., Чепуров С.А., Чепуров А.И. (2004) Хроматографическое изучение процесса травления алмазов в расплаве кимберлита в связи с их устойчивостью в природных условиях. Геология рудн. месторождений, 46(3), 212-221.

16. Сонин В.М., Жимулев Е.И., Федоров И.И., Осоргин Н.Ю. (1997) Травление кристаллов алмаза в силикатном расплаве в присутствии существенно водного флюида при высоких Р-Т параметрах. Геохимия, (4), 451-455.

17. Сонин В.М., Жимулев Е.И., Чепуров А.И., Афанасьев В.П. (2002) Морфология кристаллов алмаза, протравленных в расплаве кимберлита при высоких Р-Т параметрах. Изв. вузов. Геология и разведка, (1), 60-69.

18. Сонин В.М., Жимулев Е.И., Чепуров А.А., Чепуров А.И., Похиленко Н.П. (2018б) Влияние содержания серы в расплаве Fe-S на сохранность алмазов при Р-Т условиях мантии Земли. Докл. АН, 481(1), 193-196.

19. Специус З.В., Богуш И.Н. (2018) Структурные особенности и макровключения алмазов эклогитового и перидотитового генезиса. Эффективность геологоразведочных работ на алмазы: прогнозно-ресурсные, методические, инновационно-технологические пути ее повышения. Мат-лы V Всеросс. науч.-практ. конф. с междунар. участием, посвящ. 50-летию Алмазной лаборатории ЦНИГРИ – НИГП АК “АЛРОСА”. Мирный, 176-180.

20. Чепуров А.И., Хохряков А.Ф., Сонин В.М., Пальянов Ю.Н., Соболев Н.В. (1985) формах растворения кристаллов алмаза в силикатных системах при высоком давлении. Докл. АН СССР, 285(1), 212-216.

21. Arima M., Kozai Y. (2008) Diamond dissolution rates in kimberlitic melts at 1300–1500°C in the graphite stability field. Eur. J. Mineral., 20, 357-364.

22. Bulanova G.P., Griffin W.L., Ryan C.G. (1998) Nucleation environment of diamonds from Yakutian kimberlites. Mineral. Mag., 62, 409-419.

23. Chepurov A.I., Sonin V.M., Zhimulev E.I., Chepurov A.A., Pomazansky B.S., Zemnukhov A.L. (2018) Dissolution of diamond crystals in a heterogeneous (metal-sulfidesilicate) medium at 4 GPa and 1400°C. J. Mineral. Petrol. Sci., 113(2), 59-67.

24. Fedortchouk Y., Canil D., Semenets E. (2007) Mechanism of diamond oxidation and their bearing on the fluid composition in kimberlitic magmas. Amer. Mineral., 92, 1200-1212. Garanin V.K., Kudryavtseva G.P. (1990) Morphology, physical properties and paragenesis of inclusion-bearing diamonds from Yakutian kimberlites. Lithos, 25, 211-217.

25. Kaminsky F.V., Wirth R. (2011) Iron carbide inclusions in lower-mantle diamond from Juina, Brazil. Can. Mine ral., 49, 555-572.

26. Kanda H., Yamaoka S., Setaka N., Komatsu H. (1977) Etching of diamond octahedrons by high pressure water. J. Cryst. Growth, 38, 1-7.

27. Khokhryakov A.F., Pal’yanov Yu.N. (2007) The evolution of diamond morphology in the process of dissolution: Experimental data. Amer. Mineral., 92, 909-917.

28. Kozai Y., Arima M. (2005) Experimental study on diamond dissolution in kimberlitic and lamproitic melts at 1300– 1420°C and 1 GPa with controlled oxygen partial pressure. Amer. Mineral., 90, 1759-1766.

29. Smith E.M., Shirey S.B., Nestola F., Bullock E.S., Wang J., Richardson S.H., Wang W. (2016) Large gem diamonds from metallic liquid in Earth’s deep mantle. science, 35(6318), 1403-1405.

30. Stachel T., Harris J.W., Brey G.P. (1998) Rare and unusual mineral inclusions in diamond from Mwadui, Tanzania. Contrib. Mineral. Petrol., 132, 34-47.

31. Walter M.J., Kohn S.C., Araujo D., Bulanova G.P., Smith C.B., Gaillou E., Wang J., Steele A., Shirey S.B. (2011) Deep mantle cycling of oceanic crust: evidence from diamonds and their mineral inclusions. science, 334, 54-57.