Экспериментальное моделирование флюидного режима роста и растворения кристаллов алмаза

Основные выводы.

1. Разработана методика, позволяющая с помощью хроматографического анализа определять состав газовой фазы в реакционной ячейке после опытов при высоких Р-Т параметрах. Показано, что при использовании кварцевых ампул при хроматографическом анализе наиболее информативные данные по примесным газам в алмазах могут быть получены при 600 °C.

2. Обнаружено, что при кристаллизации алмазов в металл-углеродных системах состав примесных газов в алмазах существенно более окисленный по сравнению с составом равновесного с алмазом флюида. Полученные отношения Н/(0-ьН)=0,57−0,68 для алмазов соответствуют данным по природным алмазам. Отличие состава примесных газов в алмазах и сопутствующих твердых фазах от состава равновесного флюида обусловлено особенностями селективного захвата и сорбции газовых компонентов в твердых фазах.

3. Установлено, что количество мелких (1−4 мкм) флюидных включений в кристаллах алмаза, выращенных на затравку в металл-углеродных системах методом температурного перепада, находится в прямой зависимости от исходного содержания примесных газ^ов в системе. При использованных методах подготовки образцов количество таких включений убывает от 5Т04/мм3 до 50/мм3 в ряду: сушка при 120 °C —" отжиг образцов в Н2 при 200 °C, 600 °C -> замена металла-катализатора из прессованного порошка Feo.36Nio.64-C на сплав ковар 29НК.

4. Изучение включений в кристаллах алмаза, выращенных с различными скоростями показывает, что при скоростях роста от 10 до 3 мг/ч количество включений уменьшается на порядок, а при скоростях от 3 до 0,1 мг/час остается неизменнымпри этом включения распределены в объеме кристалла равномерно.

— 113.

5. При давлении 2,8 ГПа, температуре 1400 °C и фугитивности кислорода контролируемой буфером ССО, алмаз не взаимодействует с твердым кремнеземом, водой, но растворяется в расплавах безводного щелочного базальта, сухого и водосодержащего щелочного силиката.

6. Добавление щелочей и воды способствует увеличению степени травления алмаза в силикатном расплаве. Особенно интенсивно травление алмаза происходит в условиях совместного присутствия щелочей и воды.

7. В условиях буфера ССО травление на гранях алмаза сопровождается поверхностной графитизацией кристаллов. Формы травления на гранях октаэдра появляются в виде изометричных каверн, тригональных ямок и полицентрических слоев, являющихся аналогами некоторых типов природного растворения и скульптировки на алмазе.

8. Полученные экспериментальные результаты и анализ фактического материала по литературным источникам позволяют предположить, что кристаллизация алмаза в мантийных условиях происходила в восстановительной обстановке в присутствии расплава переходных металлов, а растворение при относительно окисленных условиях, при фугитивности кислорода выше /0 отвечающей буферу ССО.

1. Багрянцев Д. Г. Коррозия алмаза в силикатах и воде при высоком давлении и температуре в условиях буфера ССО. — В кн.: Студент и научно-технический прогресс. Новосибирск: НГУ, 1991, с. 36−39.

2. Бакуменко И. Т., Соболев Н. В., Хохряков А. Ф., Чепуров А. И. Ограненные включения в кристаллах алмаза. Докл. АН СССР. 1984, т.278. № 6. с. 14 611 465.

3. Бартошинский З. В., Бекеша С. Н., Винниченко Т. Г. и др. Газовые примеси в алмазах Якутии. Минерал, сб. Львов, ун-та. 1987. № 41 вып.1, с.25−32.

4. Бартошинский З. В., Бекеша С. Н., Винниченко Т. Г. и др. Примеси газов в алмазах и гранатах Далдыно-Алакитского района Якутии. Минерал, сб. Львов, ун-та. 1989. № 43.C.83−86. ?

5. Бартошинский З. В., Бекеша С. Н., Винниченко Т. Г. и др. Летучие *в алмазах из северной части Русской платформы. Минерал, сб. Львов, ун-та. 1990. № 44. вып.2. с. 14−18.

6. Бенделиани H.A. Полиморфные превращения в ТЮ2, Zr02 и НЮ2 при высоких давлениях и температурах. Автореферат кандидатской диссертации. МГУ. 1967 г.

7. Бенделиани H.A., Варфоломеева Т. Д., Глушко А. Н. и др. Взаимодействие алмаза с водным флюидом при высоком давлении. Кристаллография. 1995. т.40, № 2. с.380−381.

8. Борисов A.A., Жаркова Е. В., Кадик A.A. и др. Флюиды и окислительно-восстановительные реакции в магматических системах. М.: Наука, 1991. 256с.

9. Братусь М. Д., Зинчук H.H., Аргунов К. П., Сворень И. М. Состав флюидов во включениях в кристаллах алмаза Якутии. Минерал, журнал. 1990. т. 12, № 4. с.49−56.

10. Ю. Братусь M.Д., Зинчук H.H., Сворень И. М., Аргунов К. П. Газы из поликристаллических разностей алмазов Якутии. Докл. АН, 1997, т.355, № 1. с.85−87.

11. П. Буланова Г. П., Заякина Н. В. Минеральная ассоциация графит-когенит-железо в центральной области алмаза из трубки им. XXIII съезда КПСС. ДАН СССР. 1991. Т.317, № 3. С.706−709.

12. Буланова Г. П., Специус З. В., Лескова Н. В. Сульфиды в алмазах и ксенолитах из кимберлитовых трубок Якутии. Новосибирск: Наука, 1993, 168 с.

13. З. Гаранин В. К., Кудрявцева Г. П. Минералогия алмаза, содержащего включения. Изв. вузов. Геология и разведка. 1990. № 2. с.48−56.

14. Н. Гаранин В. К., Кудрявцева Г. П., Марфунина A.C., Михайличенко O.A. Включения в алмазе и алмазоносные породы. М.: Изд-во МГУ, 1991. 240с.

15. Герлах У., Риссе Г., Вольф Е. Образование алмаза путем химических реакций при статическом давлении. Сверхтвердые материалы. 1988. № 3. с.21−23.

16. Добрецов Н. Л., Кирдяшкин А. Г. Глубинная геодинамика. Новосибирск: Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ, 1994, 299 с.

17. Дорошев A.M., Бабич Ю. В., Фейгельсон Б. Н., Нехаев П. Ю., Калинин A.A. Материал для контейнеров высокого давления. А.с.№ 4 656 945, 1989.

18. Кадик A.A., Луканин O.A. Дегазация мантии при плавлении. М.: Наука, 1986. 96с.

19. Кадик A.A., Жаркова Е. В., Ефимова Э. С., Соболев Н. В. Окислительно-восстановительные условия формирования кристаллов алмазов: электрохимические исследования. Докл. РАН, 1997. т.357, № 5. с.671−675.

20. Курдюмов A.B., Пилянкевич А. Н. Фазовые превращения в углероде и нитриде бора. Киев: Наук, думка, 1979, 188 с.

21. Кусков О.JI., Хитаров Н. И. Термодинамика и геохимия ядра и мантии Земли. М.: Наука, 1982. 279с.

22. Летников Ф. А., Харькив И. К., Кисеелев А. И., Шкандрий Б. О. Флюидный режим земной коры и верхней мантии. М.: Наука, 1977. 216 с.

23. Летников Ф. А., Жаткуев Н. С., Лашкевич В. В. Флюидный режим термодинамических систем. Новосибирск: Наука, 1985. 133с.

24. Литвин Ю. А., Чудиновских Л. Т., Жариков В. А. Кристаллизация алмаза и графита в мантийных щелочно-карбонатных расплавах в эксперименте при 7−11 ГПа. Докл. АН, 1997, т.355, № 5, с. 669−672.

25. Литвин Ю. А., Чудиновских Л. Т., Жариков В. А. Кристаллизация алмаза в системе Na2Mg (C03)2 K2Mg (C03)2 — С при 8−10 ГПа. Докл. АН, 1998, т.359, № 5, с. 668−670.

26. Литвин Ю. А., Чудиновских Л. Т., Жариков В. А. Рост алмаза на затравках в системе Na2Mg (C03)2 K2Mg (C03)2 — С при 8−10 ГПа. Докл. АН, 1998, т.359, № 6, с.818−820.

27. Малиновский И. Ю., Ран Э. Н. Влияние изостатического давления на прочность материалов. Экспериментальные исследования по минералогии. Новосибирск, 1978. с.117−137.

28. Маракушев A.A. К проблеме флюидного режима образования алмазоносных пород. Геология руд. месторождений. 1981. т.203, № 4. с. З-17.

29. Маракушев A.A. Перцев H.H., Зотов И. А., Панеях H.A., Черепкова А. Ф. Некоторые петрологические аспекты генезиса алмаза. Геология руд. месторождений, 1995, т. 37, № 2, с. 105−121.

30. Маршинцев B.K. Природный карбид кремния в кимберлитовых породах Якутии. Минерал, журн. 1990, т. 12, № 3, с. 17−26.

31. Мельник Ю. П. Термодинамические свойства газов в условиях глубинного петрогенезиса. Киев: Наук, думка, 1978. 151с.

32. Никольский Н. С. Роль флюидов в образовании графита, алмаза, коэсита. Всесоюзн. совещание по геохимии углерода. М.: Изд. ГЕОХИ АН СССР, 1981. с.190−193.

33. Никольский Н. С. Флюидный режим эндогенного минералообразования. М.: Наука, 1987. 199с.

34. Орлов Ю. Л. Морфология алмаза. М.: Изд-во АН СССР, 1963, с. 236.

35. Пальянов Ю. Н., Малинсокий И. Ю., Борздов Ю. М. и др. Выращивание крупных монокристаллов алмаза на беспрессовых аппаратах типа «разрезная сфера». Докл. АН СССР. 1990. т.315, № 5. с. 1221−1224.

36. Похиленко Л. Н., Федоров И. И., Похиленко Н. П., Томиленко A.A. Флюидный режим формирования мантийных пород по даннымхроматографического анализа и термодинамическим расчетам. Геология и геофизика, 1994. т.35, № 4. с.67−70.

37. Похиленко Н. П., Соболев Н. В., Соболев B.C., Лаврентьев Ю. Г. Ксенолит алмазоносного ильменит-пиропового лерцолита из кимберлитовой рубки «Удачная», Якутия. Докл. АН СССР. 1982. т.266, № 1. с.212−216.

38. Ран Э. Н., Малиновский И. Ю., Паньков Н. С. Аппарат высокого давления типа «разрезная сфера». В кн.: Экспериментальные исследования по минералогии (1972;1973). Новосибирск. 1974, с.165−169.

39. Ран Э. Н., Малиновский И. Ю. Кубический двухступенчатый аппарат с гидростатическим приводом. В кн.: Экспериментальные исследования по минералогии (1974;1975). Новосибирск. 1975, сЛ49−154.

40. Руденко А. П., Кулакова И. И., Штурман В. Л. окисление природного алмаза. В кн.: Нов. Данные о минералах СССР, вып.28. М.: Наука, 1979.

41. Рябчиков И. Д., Грин Д. К., Уолл В.Дж., Брей Г. П. Состояние окисленного углерода в пределах зоны пониженных скоростей. Геохимия. 1981. № 2. с.221−232.

42. Рябчиков И. Д. Геохимическая эволюция мантии Земли. М.: Наука. 1988. 37с.

43. Сарсадских H.H., Ровша B.C. Об условиях генезиса минералов-спутников алмаза в кимберлитах Якутии. Зап. ВМО. 1960. ч.89, сер.2. вып.4. с.392−399.

44. Симаков С. К. Образование и перекристаллизация алмазов в условиях верхней мантии. Докл. АН СССР, 1988, т.301, № 4, с.951−954.

45. Симаков С. К., Никитина Л. Н. Связь алмазоносности мантийных ксенолитов с окислительно-восстановительными условиями верхней мантии. Геохимия. 1995. № 2. с.78−82.

46. Соболев Н. В. Глубинные включения в кимберлитах и проблема состава верхней мантии. Новосибирск: Наука, 1974. 264с.

47. Соболев Н. В., Ефимова Э. С., Поспелова JI.H. Самородное железо в алмазах Якутии и его парагенезис. Геология и геофизика, 1981, № 12, с.25−29.

48. Соболев Н. В., Шацкий B.C., Заягковский A.A. и др. Алмазы в метаморфических породах Северного Казахстана. Геология метаморфических комплексов. Сердловск: изд. Сердлов. горн, ин-та, 1989. с.21−35.

49. Сокол А. Г., Пальянов Ю. Н., Борздов Ю. М., Хохряков А. Ф,. Соболев Н. В. Кристаллизация алмаза в расплаве ШгСОз. ДАН. 1998. т.361, № 3. с.388−391.

50. Сонин В. М., Сокол А. Г. Разработка метода ДТА на многопуансонном аппарате высокого давления. Экспериментальные исследования кристаллизации алмаза в металлических системах. Новосибирск: Изд. ИгиГ АН СССР, 1983. с.78−82.

51. Сонин В. М., Чепуров А. И. Превращения углеродсодержащих соединений при высоких Р-Т параметрах. Второе Всесоюзн. совещ. по геохимии углерода: Тез. докл. М.: Изд. ГЕОХИ АН СССР, 1986. с.51−53.

52. Сонин В. М. Превращения углерода в металлических и силикатных расплавах при высоких давлениях. Кандидатская диссертация. Новосибирск. 1987.

53. Сонин В. М., Багрянцев Д. Г., Федоров И. И., Чепуров А. И. К вопросу об образовании коррозионных фигур на кристаллах алмаза. Геология и геофизика, 1994, т.35, № 6, с.67−72.

54. Сонин В. М., Жимулев Е. И., Федоров И. И., Осоргин Н. Ю. Травление кристаллов алмаза в силикатном расплаве в присутствии существенно водного флюида при высоких Р-Т параметрах. Геохимия. 1997. № 4. с.451−455. J.

55. Milledge H.J., Woods P.A., Taylor W.R., Bulanova G.P. and Kaminsky F.V. Cathodoluminiscence and infrared studies of Russian diamonds. 1993. Abstr. IAVCEI General assembly. Canberra.74.

56. Mitchell R.H. Composition of olivine, silica activity and oxygen fugacity in kimberlite. Lithos. 1973. v.6, № 1. p.65−81.

57. Navon O., Hutcheon I.D., Rossman G.R., Wasserburg G.L. Mantle-derived fluids in diamond micro-inclusions. Nature, 1988. v.335. p.784−789.

58. Prinz Z.M., Manson V., Hlava P.Z., Keil K. Inclusions in diamonds: garnet lherzolite and eclogite assemlages. Phys. Chem. Earth. 1975.V.9. p.797−815.

59. Ringwood A.A., Kerson S.E., Hiblerson W., Ware N. Origin of kimberlites and related magmas. Earth and Planet. Sei. Lett. 1982. v. l 13. p.521−538.

60. Sato M. Electrochemical measurements and control of oxygen fugacity and other gases fugacities with solid electrolyte sensores. Research Techniques for high pressure and high temperature. Ed. G.C.Ulber N.Y.: Springer Verlag, 1971. p.43−101.

61. Saxena S.K., Fei Y. High pressure and high temperature fluid fugacities. Geochim. et Cosmochim. Acta 1987. v.51. p.783−791.

62. Schrauder M., Navon O. Hydrous and carbonatic mantle fluids in fibrous diamonds from Jwaneng, Botswana. Geochim. Cosmochim. Acta, 1994. V.85 № 2. p.761−771.

63. Taylor W.R., Foley S.F. Improved oxygen-buffering techniques for C-O-H fluid-saturated experiments at high pressure. J. Geophys. Res. 1989. v.94. № 134. p.4146−4158.

64. Ulmer P., Luth R. The graphite-COH fluid equilibrium in P, T,, space. Anexperimental determination to 30 kbar and 1600 °C. Contribs. Mineral and Petrol. 1991. v.106, № 3. p.265−272.

65. Yamaoka S., Kanda H., Setaka N. Etching of diamond octahedrons at high temperatures and pressure with controlled oxygen partial pressure. J. Mater. Sei. 1980. v. 15, № 2. p.332−36.

66. Zhehg Jian Ping et al. Study of fluid inclusions in diamonds. Chinese Sei, Bill. 1994. v.39, № 8. P.670−675.