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.).