Изотопный состав углерода поликристаллических агрегатов алмаза из кимберлитовой трубки Мир (Якутия)

2
ВВЕДЕНИЕ......................................................................3
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР................-........................................ 8
Вариации иютопного состава углерода в природных объектах...................8
Изученность поликристаллических агрегатов алмаза..........................16
Проблема генезиса поликристаллических агрегатов алмаза....................27
Выбор объекта исследования................................................32
ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА УГЛЕРОДА АЛМАЗОВ............................................................... -.............................................................34
Специфика исследования изотопного состава углерода борта..................34
Перевод алмаза в С02 и приготовление стандартов...........................35
Измерение отношения 13С/12С в полученных образцах газа....................44
ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ УГЛЕРОДА АЛМАЗОВ ИЗ ТРУБКИ «МИР» .......................... 48
Результаты исследования поликристаллических агрегатов .алмаза.............51
Проверка изотопных данных............................................... 67
МОДЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ АЛМАЗА.......................................................69
Поведение изотопов углерода при с< «местном росте алмаза и графита в системе металл-графит................................................................70
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.................................................... —..................................................75
Связь изотопного состава углерода с парагенезисом минеральных включений в
поликристаллических агрегатах АЛМАЗА................-...................... .75
Связь изотопного состава углерода поликристаллических агрегатов .алмаза с габитусом
слагающих их индивидов....................................................79
Взаимоотношения борта и монокристаллов алмаза по изотопному составу углерода 83
РОЛЬ ИЗОТОПНОГО ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ УГЛЕРОД* В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ И ТЕМПЕРАТУР......................................88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .............................................................. 92
ЛИТЕРАТУРА................................................................ 94
ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................111
3
Введение
Актуальность. Изотопные характеристики элементов, содержащихся в алмазе, несут информацию о геохимической специфике среды и могут быть использованы при выяснении как источников вещества, принявших участие в алм&зообразовании, так и физико-химических условий кристаллизации алмаза. Это подтверждается отмеченными связями изотопного состава углерода с такими характеристиками кристаллов алмаза как габитус, цвет, парагенезис минеральных включений и др. (Клюев и др., 1978; Deines, 1980; Deines et al., 1984; Галимов, 1984). Установленные зависимости носят статистический характер и могут изменяться при рассмотрении различных месторождений алмаза (Deines et al, 1984; Галимов, 1984; Соболев и др., 1989; Kirkley et al., 1991). В связи с этим изучение изотопного состава углерода поликристаллических агрегатов алмаза из отдельно взятого месторождения представляет несомненный интерес для решения вопросов, связанных с проблемой образования алмазов в целом.
Целью настоящей работы было изучение изотопного состава углерода поликристаллических агрегатов алмаза и сравнительный анализ б13С агрегатов и монокристаллов алмаза из кимберлитовой трубки «Мир».
Задачи. Для успешного достижения цели исследований решались следующие задачи, включающие как технические, так и научные аспекты работ:
1. Разработка методики и техники подготовки алмаза к проведению масс-спектрометрических измерений.
2. Определение изотопного состава углерода алмазов.
3. Проверка достоверности и качества полученных изотопных данных.
11
Порода Форма Ь'-'С, %Ю PDB Источник
от до
кимберлиты Алмаз -1 -34,4 Галимов, 1984
Г рафит -4,5 -8,7 Галимов и др., 1989; Deines et al., 1991
Рассеянный углерод -13 -26,6 Javoy et al., 1986; Галимов и др., 1989
Муассанит -24 -25 Mathez et al., 1995
Карбонаты: 1) +0,4 -14,1 Бобров, 1978;Мамчур, 1979
2) +33 -20,2 Galimov, 1991
3) +0,1 -15,1 Зинчук и др., .1981
Битумы -5,0 -36,9 Кравцов и др., 1975; 1978
Газы:СН4: свободный -24,3 -39,4 Кравцов и др., 1975-1981
сорбированный -43,8 Кравцов и др., 1981
из включений -13,2 -19,3 Кравцов и др., 1981
С02: сорбированный -19 Кравцов и др., 1981
из включений +3,1 -19,0 Кравцов и др., 1981
лампро- иты Алмаз -1 -18,7 Jaques et al., 1989; Соболев и др., 1989
Породы сверхвысоких давлений Кокчетавский массив: Алмаз -9,5 -20,1 Галимов и др., 1994
Г рафит -15,3 -25,2 Екимоваидр., 1981; Печников и др., 1993
Карбонаты -6,6 Печников и др., 1993
Beni Bousera: Псевдоморфозы -16 -27,6 Pearson et al., 1991
Графит -13,5 -22,5 Pearson et al, 1991
Ronda: псевдоморфозы + 1 Г Pearson et al., 1995
импак- титы Алмаз Г рафит 1 • о -25 -31 Shelkov et al., 1998 Алмазоносные импактиты..., 1998 и др.
аллювий Алмаз +2,7 -30 Галимов и др., 1980; Соболев и др., 1989; Shelkov et al., 1998 и др.
5.
Таблица 1. Вариации изотопного состава углерода в породах, связанных с проявлениями алмазов. Пояснения приведены в тексте.
12
(Бобров, 1978) и имеет изотопный состав в диапазоне от +0,4 до -14,1 %о PDB (Бобров, 1978; Мамчур, 1979) (таблица 1). 2) Карбонаты
непосредственно кимберлитов характеризуются диапазоном величин 013С от +33 до -20,2 %о PDB (Galimov, 1991) (таблица 1). 3) Карбонаты из ксенолитов в кимберлитах, изотопный состав углерода которых колеблется в диапазоне ог +0,1 до -15,1 %о PDB (Виноградов и др. 1965; Зинчук и др., 1981) (таблица 1). Изучение изотопного состава углерода битумов из кимберлитов, а также из включений в пиропе, оливине, ильмените и пирите показало, что 513С этого вещества колеблется, в основном, от -12,9 %о PDB (битум из ксенолита известняка) до -36,9 %о PDB (озокерит) (Кравцов и др., 1975; 1978). Наиболее изотопно-тяжелые битумы зафиксированы в
графитовых эклогитах трубки «Мир». Они имеют величины 813С от -5,0 до -8,7 %о PDB (Кравцов и др., 1975) (таблица 1). Свободные газы из кимберлитовых трубок представлены, преимущественно, метаном, величина ÔI3C которого варьирует от -24,3 до -39,4 %о PDB (Кравцов и др., 1975; 1979; 1980; 1981) (таблица /). Отмечено, что СН4, выделяющийся в пределах трубки, на 3-4 %о тяжелее метана, поступающего из вмещающих пород (Кравцов и др., 1980). Сорбированные газы и газовая составляющая флюидных включений содержат углерод в формах СЬЦ и СОг (Кравцов и др., 1981). Изотопный состав углерода метановой составляющей изменяется от -13,2 до -19,3 %о PDB во включениях и -43,8 %о PDB в составе сорбированных газов (Кравцов и др., 1981) (таблица 1). Углекислота сравнительно обогащена тяжелым изотопом и 813С для нее составляет интервал от +3,1 до -19,0 %о PDB (во включениях) и -19,0 %о PDB (в сорбированных газах) (Кравцов и др., 1981 ) (таблица 1).
В лампроитах углерод входит в состав карбонатов, муассанита и алмазов (Jaques et al., 1989). Встречающиеся в лампроитах карбонаты имеют постмагматический генезис (Джейкс и др., 1989). Изотопные данные