Кристаллы алмаза кимберлитовой трубки им. В. Гриба: морфология и структурно-химические особенности

Объект исследований. В статье приводятся результаты изучения 500 кристаллов алмаза из керна скважин эксплуатационной разведки, вскрывающих кратерную и жерловую фации верхней части кимберлитовой трубки им. В. Гриба. Отдельно проанализированы кристаллы из туфов и туффитов (кратерная часть), ксенотуфобрекчии, автолитовой кимберлитовой брекчии и порфирового кимберлита (жерловая часть). Методы. Основной задачей исследования было морфологическое и спектроскопическое изучение алмазов трубки им. В.П. Гриба. Спектры поглощения ИК-диапазона регистрировались на спектрометре VERTEX-70 с микроскопом Hyperion 1000 при разрешении 2 см^-1. По ним определялись общая концентрация и доля азота в форме дефектов В (N_BS), коэффициенты поглощения полос В', 3107 см^-1. Для выявления неоднородностей и цвета фотолюминесценции (ФЛ) регистрировались изображения в ФЛ при возбуждении 360 нм на приборе ALROSA VIEW PRO. При комнатной температуре спектры ФЛ регистрировались на спектрометре Horiba FL-3 при возбуждении 350, 450 нм. С возбуждением лазерами 405, 488 и 787 нм спектры ФЛ регистрировались на спектрометре InVia Renishaw при 77 К. Результаты. Распределение по концентрации азота и NBS алмаза трубки им. В. Гриба специфическое: около 50% кристаллов располагаются вдоль одной изотермы, высока доля (5%) низкоазотных кристаллов. В спектрах ФЛ 25% кристаллов выявлены линии 883/885 нм элементарного Ni-содержащего дефекта. Большинство кристаллов с этим дефектом имеют менее 400 ppm азота, но по NBS занимают весь диапазон. Эта система встречается в спектрах 76% двойников и сростков; к ним относятся 36% кристаллов с ФЛ на 883/885 нм. Изученные кристаллы трубки им. В. Гриба отличаются от продукции месторождения им. М.В. Ломоносова намного меньшим содержанием индивидов кубического габитуса (2 и 15%), меньшей степенью их растворения (октаэдров 33 и 15% соответственно), низкой долей окрашенных камней, широким диапазоном концентрации азота и NBS. Выводы. Выявленные особенности указывают на специфические условия кристаллизации алмаза месторождения им. В. Гриба, отличающиеся от таковых в других кимберлитовых телах Восточно-Европейской, Сибирской платформ и россыпей Урала. Высокая доля низкоазотных кристаллов и индивидов с примесью Ni может быть индикатором наличия в трубке крупных кристаллов типа CLIPPIR.

1. Васильев Е.А., Клепиков И.В., Лукьянова Л.И. (2018) Сравнение кристаллов алмаза Рассольнинской депрессии и современных аллювиальных россыпей Красновишерского района (Приуралье). Зап. РМО, 147(1), 55-68.

2. Васильев Е.А., Криулина Г.Ю., Гаранин В.К. (2022) Термическая история алмаза кимберлитовых трубок Архангельская и имени А.П. Карпинского – I. Зап. Горн. ин-та, 255, 327-336. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.57

3. Вяткин С.В., Криулина Г.Ю., Гаранин В.К., Коногорова Д.В., Васильев Е.А., Самосоров Г.Г. (2021) Морфология и дефектно-примесный состав алмазов трубки “Заполярная”. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4: Геология, (1), 99-109.

4. Гаранин В.К., Гаранин К.В., Кудрявцева Г.П., Палажченко О.В. (2006) Морфологические и спектроскопические особенности алмаза из месторождения им. В. Гриба Архангельской алмазоносной провинции. Ст. 2. Спектроскопические характеристики и их взаимосвязь с морфологией кристаллов. изв. вузов. Геология и разведка, (3) 20-25.

5. Гаранин В.К., Криулина Г.Ю., Гаранин К.В., Самосоров Г.Г. (2018) Архангельские алмазы. Новые данные. М.: ИП Скороходов, 232 с.

6. Зинчук Н.Н., Коптиль В.И. (2003) Типоморфизм алмазов Сибирской платформы. М.: Недра-Бизнес-центр, 603 с.

7. Коптиль В.И. Типоморфизм алмазов из россыпей северо-востока Сибирской платформы в связи с проблемой прогнозирования и поисков алмазных месторождений. Автореф. дис. … канд. геол.-мин. наук. Новосибирск: ИМиП СО РАН, 1994. 34 с.

8. Костровицкий С.И., Специус З.В., Яковлев Д.В., Фондер-Флаасс Г.С., Суворова Л.Ф., Богуш И.Н. (2015) Атлас коренных месторождений алмаза Якутской алмазоносной провинции. Мирный: МГТ, 480 с.

9. Криулина Г.Ю., Искрина А.В., Зедгенизов Д.А., Бобров А.В., Гаранин В.К. (2019) Особенности состава микровключений в кристаллах алмаза месторождения им. М.В. Ломоносова (Архангельская провинция). Геохимия, 64(9), 958-966.

10. Минеева Р.М., Сперанский А.В., Титков С.В., Жиличева О.М., Бершов Л.В., Богатиков О.А., Кудрявцева Г.П. (2004) Спектроскопические и морфологические характеристики алмазов из кимберлитовой трубки им. В.П. Гриба. Докл. АН, 394(3), 384-388.

11. Палажченко О.В. (2008) Комплексные исследования алмаза из месторождений Архангельской кимберлитовой провинции: обобщение, генетические и практические следствия. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4: Геология, (2), 68-75.

12. Палажченко О.В., Веричев Е.М., Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П. (2006) Морфологические и спектроскопические особенности алмаза из месторождения им. В. Гриба Архангельской алмазоносной провинции. Ст. 1. Морфология кристаллов алмаза. Изв. вузов. Геология и разведка, (2) 14-22.

13. Палажченко О.В., Гаранин В.К., Веричев Е.М., Головин Н.Н. (2007) Первые данные о составе включений в алмазе из месторождения им. В. Гриба Архангельской алмазоносной провинции. Изв. вузов. Геология и разведка, (3), 27-30.

14. Степанов А.С., Шацкий B.C., Зедгенизов Д.А., Соболев Н.В. (2007) Причины разнообразия морфологии и примесного состава алмазов из эклогита трубки Удачная. Геология и геофизика, 48(9), 974-988.

15. Степанов Ф.А., Емельянова А.С., Ракевич А.Л., Миронов В.П., Зедгенизов Д.А., Шацкий В.С., Мартынович Е.Ф. (2017) Локализация дефектов 523 и 794 нм в алмазе. Изв. РАН. Сер. физ., 81(9), 1220-1226. https://doi.org/10.7868/S0367676517090113

16. Устинов В.Н. (2015) Терригенные коллекторы алмазов Сибирской, Восточно-Европейской и Африканской платформ. СПб.: Наука, 531 с.

17. Устинов В.Н., Неручев С.С., Загайный А.К., Антащук М.Г. и др. (2021) Алмазоносность севера Восточно-Европейской платформы. СПб.: Наука, 410 с.

18. Хачатрян Г.К., Веричев Е.М., Гаранин В.К., Гаранин К.В., Кудрявцева Г.П., Палажченко О.В. (2006) Распределение структурных дефектов в алмазах из трубки им. В.П. Гриба (Архангельская алмазоносная провинция). вестн. Моск. ун-та. Сер. 4: Геология, (6), 29-37.

19. Хачатрян Г.К., Палажченко О.В., Гаранин В.К., Иванников П.В., Веричев Е.М. (2008) Генезис “неравновесных” кристаллов алмаза из кимберлитовой трубки им. Карпинского – I по данным катодной люминесценции и ИК-спектроскопии. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4: Геология, (2), 38-45.

20. Baker J.M. (2003) Do isolated interstitial nickel atoms occur in diamond? A re-examination of the electron paramagnetic resonance defects NIRIM-1 and NIRIM-2. J. Phys.: Condens. Matter., 15(39), S2929.

21. Bulanova G.P., Walter M.J., Smith C.B., Kohn S.C., Armstrong L.S., Blundy J., Gobbo L. (2010) Mineral Inclusions in Sublithospheric Diamonds from Collier 4 Kimberlite Pipe, Juina, Brazil: Subducted Protoliths, Carbonated Melts and Primary. Geophys. Res. abstracts, 12, EGU2010-5268-2012.

22. Goss J.P., Briddon P.R., Hill V., Jones R., Rayson M.J. (2014) Identification of the structure of the 3107 cm−1 H-related defect in diamond. J. Phys.: Condens. Matter., 26, 1-6.

23. Kaminsky F.V., Zakharchenko O., Davies R. (2001) Superdeep diamonds from the Juina area, Mato Grossu. Contrib. Mineral. Petrol., 140, 734-753.

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

25. Korolev N., Kopylova M., Gurney J.J., Moore A.E., Davidson J. (2018) The origin of Type II diamonds as inferred from Cullinan mineral inclusions. Mineral. Petrol., 112(1), 275-289.

26. Kupriyanov I.N., Gusev V.A., Borzdov Yu.M., Kalinin A.A., Pal’yanov Yu.N. (1999) Photoluminescence study of annealed nickel- and nitrogen-containing synthetic diamond. Diam. Relat. Mater., (8) 1301-1309.

27. Kupriyanov I.N., Khokhryakov A.F., Borzdov Yu.M., Palyanov Yu.N. (2016) HPHT growth and characterization of diamond from a copper–carbon system. Diam. Relat. Mater., 69, 198-206.

28. Malkovets V.G., Zedgenizov D.A., Sobolev N.V., Kuzmin D.V., Gibsher A.A., Shchukina E.V., Golovin N.N., Verichev E.M., Pokhilenko N.P. (2011) Contents of trace elements in olivines from diamonds and peridotite xenoliths of the V. Grib Kimberlite Pipe (Arkhangel’sk Diamondiferous Province, Russia). Dokl. Earth Sci., 436(2), 219-223.

29. Moore A. (2014) The origin of large irregular gem-quality type II diamonds and the rarity of blue type IIb varieties. South African J. Geol., 117(2), 219-236.

30. Moore A., Helmstaedt H. (2023) Origin of framesite revisited: Possible implications for the formation of CLIP-PIR diamonds. Earth Sci. Rev., 241, 104434. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2023.104434

31. Orwa J.O., Aharonovich I., Jelezko F., Balasubramanian G., Balog P., Markham M., Twitchen D.J., Greentree A.D., Prawer S. (2010) Nickel related optical centres in diamond created by ion implantation. J. Appl. Phys., 107, 093512. https://doi.org/10.1063/1.3357374

32. Rubanova E.V., Palazhchenko O.V., Garanin V.K. (2009). Diamonds from the V. Grib pipe, Arkhangelsk kimberlite province, Russia. Lithos, 112, 880-885.

33. 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, 354(6318), 1403-1405.

34. Taylor W.R., Jaques A.L., Ridd M. (1990) Nitrogen-defect aggregation characteristics of some Australasian diamonds: Time-temperature constraints on the source regions of pipe and alluvial diamonds. Amer. Miner., 75, 1290-1310.

35. Vasilev E., Kriulina G., Klepikov I. (2020) Luminescence of natural diamond in the NIR range. Phys. Chem. Miner., 47, 31.

36. Vasilev E., Petrovsky V., Kozlov A., Antonov A., Kudryavtsev A., Orekhova K. (2019) The story of one diamond: the heterogeneous distribution of the optical centres within a diamond crystal from the Ichetju placer, northern Urals. Min. Mag., 83(4), 515-522. https://doi.org/10.1180/mgm.2019.32.

37. Woods G.S. (1986) Platelets and the infrared absorption of type Ia diamonds. Proc. Roy. Soc. l., 407, 219-238.

38. Yelisseyev A., Kanda H. (2007) Optical centers related to 3d transition metals in diamond. New Diam. Frontier Carbon Technol., 17(3), 127-178.

39. Yelisseyev A.P., Lawson S.C., Sildos I., Osvet A., Nadolinny V.A., Feigelson B.N., Baker J.M., Newton M.E., Yuryeva O.P. (2003) Effect of HPHT annealing on the photoluminescence of synthetic diamonds grown in the Fe–Ni–C system. Diam. Relat. Mater., 12, 2147-2168.

40. Zaitsev A.M. (2001) Optical Properties of Diamond: A Data Handbook. Berlin, Springer Verlag, 502 p.

41. Zedgenizov D.A., Malkovets V.G., Griffin W.L. (2017) Composition of diamond-forming media in cuboid diamonds from the V. Grib kimberlite pipe (Arkhangelsk province, Russia). Geochem. J., 51, 205-213.

42. Zedgenizov D.A., Harte B., Shatsky V.S., Politov A.A., Rylov G.M., Sobolev N.V. (2006) Directional chemical variations in diamonds showing octahedral following cuboid growth. Contrib. Mineral. Petrol., 151(1), 45-57. https://doi.org/10.1007/s00410-005-0044-5