Представиться системе:

Разделы


Автобиография алмаза


     Алмаз относится к числу наиболее ранних мине­ралов в кимберлитах. Кристаллизация его происхо­дила в подкоровый период формирования магмы. Что же известно сегодня о процессах образования алма­за, которые протекали десятки и сотни миллионов лет назад в раскаленных недрах планеты? Темпера­туры и давления при его кристаллизации были уста­новлены давно, а за последние годы удалось выяс­нить и причины различного содержания и качества алмазов в коренных месторождениях.

     Все главнейшие этапы роста и позднейших преобразований алмаза «записаны» на его кристаллах. Кристаллы с минимальными различиями по форме, окраске, размерам и т.п. формировались в физико­-химических условиях достаточно узкого диапазона. Выделение алмаза продолжалось на протяжении почти всего подкорового периода эволюции кимберли­товых расплавов. При этом давление, температура и химический состав магмы претерпевали сильные изменения, что неизбежно приводило к существенным отличиям свойств вновь возникавших кристаллов ал­маза по сравнению с ранними генерациями этого минерала. Таким образом, в каждом месторождении обязательно присутствуют алмазы разной массы, формы и агрегатного состояния. Все это, а также продолжительность общего периода кристаллизации (с возможным выпадением одной или нескольких фаз) и особенности позднейших изменений обусловливали различия в содержании, количественное соотношение сортов и характерный облик алмазов каждого место рождения.

     Углерод в кимберлитовых и пикритовых магмах всегда имелся в избытке, поэтому возможность кри­сталлизации этого элемента в виде алмаза или гра­фита зависела лишь от давления. Нижний предел его составляет 40 000—50 000 кгс/см2. Образование крупных, прозрачных, свободных от включений и внутренних напряжений кристаллов алмаза проис­ходило при плавном и достаточно медленном измене­нии температуры и давления. Такой режим обеспечивал незначительное по величине постоянное пересыщение расплава углеродом, благодаря чему создавались наилучшие условия для возникновения и спокойного роста немногочисленных зародышей. В итоге кристаллы могли достигать значительных размеров и высокой степени совершенства.

     Присутствие в большинстве месторождений не только октаэдрических, но и кубических кристаллов, а также микрокристаллических агрегатов алмаза очень важно для определения особенностей их обра­зования. Температура образования кубических алма­зов примерно на 200°С ниже, чем октаэдрических. Агрегаты мельчайших зернышек алмаза возникали в ходе быстрой кристаллизации большого числа заро­дышей при резком снижении температуры и давле­ния расплава. Наиболее резкий перепад давления имел место при прорыве кимберлитовой магмы из по­род мантии в ослабленные зоны земной коры. С этим явлением связывается образование карбонадо и балласов.

    По мере движения кимберлитовой магмы к зем­ной поверхности давление ее неуклонно уменьшалось. И вот наступал момент, когда давление расплава опускалось до значений, при которых исключалась кристаллизация алмаза, поскольку он оказывался неустойчивой (метастабильной) модификацией.

     Несмотря на то, что при движении кимберлитовой магмы по глубинным разломам температура и дав­ление соответствовали области устойчивости графита, самопроизвольного перехода к стабильной модифика­ции углерода не происходило. Очевидно, что если бы превращение алмаз графит носило здесь характер самопроизвольного процесса, то ни один кристалл сверкающего минерала не достигал бы земной поверхности. Вместе с тем чешуйчатые агрегаты графита нередки внутри алмазов любого месторождения. На кристаллах алмаза в некоторых диатремах отмеча­ются графитовые примазки и «чехлы». Весьма обы­чен графит внутри пористых, ноздреватых масс бор­та.

    Следовательно, алмазы в кимберлитах подверга­лись частичной графитизации, которая протекала на поверхности и частично внутри кристаллов. Совершенно очевидно, что процесс не был самопроизволь­ным. А если так, то что же в таком случае стимули­ровало и регулировало его?

     Всестороннее изучение вопроса позволило заклю­чить, что полиморфное превращение алмаза в графит в кимберлитовом расплаве носило характер катали­тического процесса. В роли катализатора выступали анионы метатитановой кислоты, которые постоянно присутствовали в кимберлитовой магме и в дальней­шем расходовались на построение минералов — солей титановой кислоты (титанатов): ильменита (FеТiOз) и перовскита (СаTiO3).

    Воздействие катализатора заключается в отрыве атомов углерода от кристаллов алмаза и возвраще­нии их обратно. Пока давление расплава было высо­ким и алмаз являлся стабильной модификацией, ата­ковавшие его анионы метатитановой кислоты спо­собствовали сокращению числа зародышей, ук­рупнению растущих кристаллов, исправлению и залечиванию различных дефектов у них. Однако как только из-за падения давления алмаз оказывался нестабильной модификацией, катализатор из друга и помощника превращался в лютого врага. Теперь ато­мы углерода, оторванные под воздействием [Тi4+O3]2-, уже не могли. присоединиться к кристаллической структуре алмаза и формировали стабильный при но­вых условиях графит.

     Графитизация, как и все каталитические процес­сы между твердыми и жидкими фазами, происходи­ла лишь в местах соприкосновения алмаза с магмой. Возникавший на поверхности монокристаллов и по­ликристаллических сростков графитовый «чехол» стирался в процессе движения магмы, а обнажав­шиеся участки кристаллов в контакте с расплавом вновь графитизировались. По мере развития этого процесса сначала исчезали вершинки, затем ребра и первичные (плоские) части граней кристаллов, по­следовательно заменявшиеся криволинейными по­верхностями. В итоге плоскогранные, например ок­таэдрические, кристаллы превращались в кривогран­ные додекаэдроиды (см. рис. 3) и теряли при этом до 75% своей первоначальной массы.

     Многие, и в том числе наиболее распространенные первичные, дефекты (пигментация, трещиноватость и др.) чаще развиты в наружных частях крупных кри­сталлов алмаза и обычны для мелких кристалликов позднейших генераций. Следовательно, в ходе графитизации уменьшение общего содержания алмазов в кимберлитах происходило главным образом за счет низкокачественной части кристаллов, и поэтому данный процесс способствовал повышению сортности оставшихся в породе алмазов.

     А каким образом графит оказывался внутри кри­сталлов алмаза? Агрегаты графита в алмазе — не включения, а новообразования, они развивались во­круг захваченных алмазом мельчайших капелек рас­плава. Следовательно, графит внутри алмаза по спо­собу образования совершенно аналогичен графиту, замещающему алмаз с поверхности.

     Кимберлитовая магма состояла из множества различных веществ, и поэтому как на содержании, так и на качестве алмазов отражалась концентрация не только титана, но и многих других элементов: желе­за, алюминия, калия и хрома. Подробное изложение всех этих вопросов интересующиеся могут найти в специальных работах автора [5, 6].

     В итоге были выявлены главнейшие причины различного содержания и сортности алмазов в коренных месторождениях. Установлено, что количество и каче­ство кристаллов является результатом сложного комплекса процессов, которые, хотя и тесно связаны между собой, но в зависимости от природы явлений могут быть разделены на две группы: физические и химические. Характер и пределы изменчивости темпе­ратуры и давления магмы обусловлены фациальной принадлежностью ее. Таким образом, следует заключить, что степень и характер алмазоносности кимберлитов зависят от химического состава и фациальных условий их образования, т.е. определяются химическим и фациальным факторами.

     Выведены формулы для количественных оценок этих факторов. Показателем химического фактора алмазоносности служит коэффициент потенциальной алмазоносности КПА, который вычисляется по содержанию в породах титана, железа, алюминия и калия. Значение его позволяет оценивать степень благоприятности расплава для кристаллизации и сохранности алмазов.

     Специфику фациальных условий формирования кимберлитов каждой алмазоносной трубки проще всего оценивать по морфологическим особенностям кристаллов алмаза, поскольку в них отражены главней­шие этапы их образования. Во всех трубках кристаллы несут следы графитизации, но в одних месторождениях преобладают плоскогранные, в других кривогранные формы, а в третьих количество плоскогранных и кривогранных кристаллов соизмеримо. Таким образом, фациальные условия формирования кимберлитов в одних случаях были благоприятными для сохранности большей части кристаллов алмаза, а в других приводили к почти полному уничтожению их. Если степень сохранности кристаллов ССК алмаза зависит от фациальных условий образования материнских кимберлитов, то количественное соотношение плоскогранных, переходных и кривогранных форм может служить показателем фациального факто­ра алмазоносности. Для вычисления ССК по упрощенной формуле достаточно знать процентное соот­ношение октаэдрических, додекаэдрических и пере­ходных кристаллов алмаза в изучаемом месторожде­нии.

     Научившись измерять степень благоприятности химического состава и режима формирования кимберлитов для кристаллизации и сохранности алма­зов, не так уж сложно вывести общее уравнение алмазоносности этих пород. Основные затруднения при этом вызывала необходимость получать резуль­таты вычислений в каких-либо метрических еди­ницах, отнесенных к единице массы или объема породы.

     В конце концов такое уравнение было составлено. С его помощью по данным о химическом составе ким­берлитов (КПА) и морфологии небольшого числа кристаллов (ССК) можно судить, сколько карат ал­маза содержится в 1м 3 породы вновь найденного ме­сторождения. Уместно отметить, что раньше для до­статочно точного определения концентрации алмазов в коренных месторождениях требовалось перерабо­тать не менее 500 т кимберлита. Проверка уравнения была проведена на большом числе кимберлитовых трубок в Сибири и Африке. Оказалось, что вычис­ленные и установленные в итоге крупнообъемного оп­робования содержания алмазов мало различаются между собой. Тем самым получили подтверждение теоретические основы представлений о причинах различной алмазоносности кимберлитов.

     В итоге изучения причин изменчивого качества алмазов в различных месторождениях выведена фор­мула, позволяющая оценивать степень благоприят­ности химического состава и условий образования кимберлитов для кристаллизации качественных ал­мазов. Чтобы вычислить показатель качества К ал­мазов вновь найденного месторождения с помощью этой формулы, необходимо и достаточно знать хими­ческий состав кимберлита, количественное соотноше­ние октаэдрических, переходных и додекаэдрических кристаллов, а также микрокристаллических агрега­тов.

     Коэффициент К — безразмерная величина, кото­рая изменяется пропорционально средней стоимости одного карата алмазов изучаемого месторождения. Благодаря этому не составило особого труда найти математическое выражение, с помощью которого ве­личина К автоматически переводится в значения, примерно совпадающие со средней ценой одного ка­рата алмазов в тех или иных денежных единицах.

     Хорошая сходимость вычисленных и оптовых цен на алмазы открывает широкие возможности для прогнозирования качества алмазов в новых кимберлитовых трубках, а также для решения некоторых дру­гих задач прикладной геологии. Подробнее эти во­просы рассматриваются в конце книги.

 

 

Источник: В.А. Милашев «Алмаз. Легенды и действительность»

New layer...

Информация представлена на сайте исключительно для ознакомления.
Организаторы сайта не несут ответственности за последствия использования данных, указанных на сайте. Авторские права на статьи принадлежат их авторам. Мнения авторов статей необязательно совпадают с мнением и точкой зрения организаторов сайта.