Сингенетические и эпигенетические включения

в кристаллах алмаза)

Исследование включений в кристаллах алмаза имеет большое зна­чение для решения вопроса о его генезисе, а также выяснения ха­рактера превращений в структуре алмаза, происходящих уже после их кристаллизации. В таких сложных породах, какими являются кимберлиты, генетическое взаимоотношение алмазов с другими ми­нералами и самими кимберлитами возможно установить только пу­тем изучения включений, находящихся в кристаллах алмаза. При этом важно для выяснения парагенезиса алмаза выделить среди включенных минералов те, которые кристаллизовались одновремен­но с алмазами и захватывались ими при росте (сингенетические включения), кроме того, минералы, образовавшиеся в алмазах уже после их кристаллизации в результате распада твердых растворов в структуре алмаза или изменения первичных сингенетических вклю­чений, а также внедрившиеся в алмазы по трещинам и каналам травления (эпигенетические включения).

По сведениям, содержащимся в минералогических справочниках и курсах минералогии, можно составить большой список минералов, якобы находившихся в алмазах в виде включений. Эти сведения о включениях в алмазах приводились из ранних работ по алмазам (Evelyn, 1649; Dumas, 1840; Jetzold, 1942; Des Cloiseaux, 1855; Damour, 1856; Brewster, 1861; Cohen, 1876; Boutan, 1886; Bauer Spen­cer, 1904, Crookes, 1909; Cattelle, 1911; Escard, 1914; Wagner, 1914; Sutton, 1921, 1928; Spencer, 1924; Friedel, 1923; Colony 1923; Cor-rens, 1931; Williams, 1932). Однако приводившиеся в этих работах данные были основаны главным образом на визуальном исследова­нии включений и иетуитивном определении их без применения точ­ных методов диагностики. Это привело к тому, что многие минералы как включения в алмазах были указаны ошибочно. Кроме того, не производилось разделение включений на сингенетические и эпиге­нетические.

В последние десятилетия были проведены специальные работы по изучению включений в кристаллах алмаза с применением рент­геновского анализа, исследованием в иммерсионных препаратах минералов, извлеченных из алмазов, с проведением их микрохимичес­кого и спектрального анализов. Эти работы были выполнены в Со­ветском Союзе и за рубежом целым рядом исследователей.

В настоящее время накоплен большой материал по изучению включений в алмазах, который позволяет сделать определенные выводы о парагенетической группе минералов, кристаллизующихся од­новременно с алмазом, и выявить типоморфные особенности этих минералов.

Ниже описываются включения в кристаллах алмаза по резуль­татам наших собственных исследований, а также по данным, опуб­ликованным в литературе.

Включения мелких кристалликов алмаза. В кристаллах алмазов встречаются включения более мелких их кристалликов (рис. 76). Во всех наблюдавшихся нами слу­чаях включенные кристаллики алмаза имели плоскогранную октаэдрическую форму с острыми ребрами и вершинами. Обычно эти кристаллики деформированы и редко представляют собой идеальные изометрические фор­мы. Часто с одной стороны вклю­чения, обращенной внутрь кри­сталла, видно сложное его строе­ние, соответствующее характеру индукционных поверхностей сростков алмаза. С другой, внеш­ней стороны видны обычные гра­ни, ровные или имеющие ступен­чато-пластинчатое строение. В связи с равенством показателей преломления включенные кристал­лики алмаза видны не четко; наиболее отчетливо выделяются ин­дукционные поверхности. Грани, ребра и вершинки хорошо видны в том случае когда они в различной степени (сплошь или частич­но), затемнены дымчатой или черной пленкой графита.

Рис. 76. Включение алмаза в алмазе (трубка «Мир», Якутия)

С. И. Футергендлер (1964), изучавшая по рентгенограммам вза­имную ориентировку алмаза-включения и алмаза-«хозяина», не ус­тановила каких-либо постоянных закономерностей их срастания. Наши исследования также подтверждают этот вывод. Наличие ха­рактерных индукционных поверхностей срастания между включен­ным кристалликом и кристаллом-хозяином свидетельствует о том, что в этом случае развитие шло таким образом, что из двух срос­шихся мелких кристалликов один развивался быстрее и захватил другой в виде включения. В тех случаях, когда включенный алмаз представляет собой всесторонне ограненный кристаллик, очевидно, он является захваченным в процессе роста самостоятельно разви­вавшимся индивидуумом. Как правило, включенные кристаллики алмаза бесцветны. Нами ни разу не наблюдался такой случай, что­бы включенный кристаллик был окрашенным. Однако некоторые ав­торы отмечают, что в бесцветных кристаллах ими находились вклю­чения окрашенных кристалликов алмаза (Williams, 1932; Футер­гендлер, 1964; Harris, 1968). Важно отметить тот факт, что в обычных кристаллах алмаза никогда не наблюдались включения алмазов других разновидностей, что дает основание наряду с другимифактами сделать вывод, что обычные алмазы представляют собой кристаллы самой ранней стадии их кристаллизации.

Следует обратить внимание и на тот факт, что включенные ал­мазы всегда представлены плоскогранными формами с острыми реб­рами. Это можно объяснить тем, что включенные кристаллики за­щищены от растворения кристаллом-хозяином. Нами наблюдались такие случаи, когда только часть мелкого кристаллика была вклю­чена в более крупный кристалл, т. е. мелкий кристаллик представ­лял собой вросток в крупный кристалл. При этом включенная часть имела плоскогранную острореберную форму, а на обнаженной части были развиты округлые ребра, ламинарная микрослоистость и тре­угольные фигуры вытравливания, т. е. характерные акцессории, об­разующиеся в процессе растворения.

В работе А. В. Варшавского (1968) сообщается, что им наблю­дались внутри октаэдрических кристаллов теневые фантомы кривогранных форм: додекаэдроида и октаэдроида. Однако такая интер­претация округлых узоров двупреломления в кристаллах алмаза весьма сомнительна: рисунки и фотографии, которые приводятся в работе А. В. Варшавского для иллюстрации этих случаев не убеди­тельны.

Включения кристалликов алмаза имеют характерный вид и хо­рошо идентифицируются. Их нельзя спутать с включениями других минералов. Однако в тех случаях, когда они сплошь покрыты черной пленкой графита, без надлежащего исследования их можно принять за темные октаэдрические кристаллы магнетита или хромита. В этом случае во избежание ошибки необходимо проводить рентгенографи­ческие исследования.

Включения гранатов. В связи с характерной лиловой окраской некоторых зерен пиропа, находящихся в кимберлитах, они легко диагносцируются и в алмазах, когда встречаются в них в виде вклю­чений. Однако окраска гранатов, находящихся в алмазах, как пока­зали исследования, может быть разной. В некоторых случаях мик­роскопические включения граната в алмазе из-за своей слабой окраски кажутся почти бесцветными, в других случаях они могут иметь желтовато-оранжевый, золотисто-желтый, оранжевый, розо­вато-лиловый или густой лиловый цвет. Окрашенные в лиловый цвет пиропы меняют свою окраску в зависимости от освещения: при лам­пах дневного света они зеленовато-синие, а при обычном электриче­ском свете – красновато-лиловые (так называемые александрито-подобные пиропы). Кристаллографическая форма гранатов в алма­зах обычно бывает очень сильно искажена, что затрудняет опреде­ление граната простым визуальным методом по их внешней форме (рис. 77). Иногда индукционные поверхности кристалликов грана­та имеют ступенчатое строение, в связи с чем они кажутся заштри­хованными.

Гранаты встречаются в алмазе единичными кристалликами, но в некоторых случаях в виде многочисленных различных по размеру и внешней форме зерен, как бы рассеянных внутри кристалла алма­за. При скрещенных николях в поляризационном микроскопе включенные гранаты остаются темными, но в связи с тем, что в алмазе вокруг включения обычно наблюдается сильное двупреломление – изотропность граната не видна отчетливо.

Рис. 77. Включения пиропа в алмазе

Гранаты легко освобождаются из алмаза при раздроблении по­следнего; при этом в алмазе остаются как бы «отпечатки» формы граната. Большинство зерен граната исследовано рентгенографиче­ски без извлечения их из алмаза, что дало возможность установить только сингонию и размеры ребра элементарной ячейки. Некоторые зерна граната были извлечены из алмазов, и в иммерсионных препа­ратах замерены их показатели преломления (табл. 20).

Чрезвычайно интересные данные по химическому составу пиро­пов приведены в работах Манера (Meyer, 1968), а также Н. В. Со­болева и др. (1969). Последним были исследованы с помощью мик­розондирования 10 кристалликов фиолетовых, лиловых и фиолетово-розоватых гранатов, находящихся в якутских алмазах. В результате было установлено, что по своему химическому составу эти пиропы обладают четко выраженными типоморфными особенностями. Они сильно обогащены Сг₂О₃ (6,08-15,8%); кноррингитовая молекула в них составляет от 17,1 до 46,1%. Этим они отличаются от гранатов, связанных с перидотитами, и от находящихся в кимберлитах, В ра­боте Майера приводятся пять анализов гранатов из африканских алмазов (табл. 21).

Кроме лиловых пиропов, в алмазах встречаются гранаты оран­жевого цвета. Последние, например, очень характерны для алмазов месторождения «Айхал», имеющих желтые оболочки (разновидность IV) и темного зернистого борта. В этих алмазах оранжевые гранаты часто встречаются в виде вростков, Оболочка является наиболее поздним образованием и нарастает на все разновидности кристаллов алмаза, включая мелкозернистый борт. На основании этого можно сделать вывод, что оранжевые гранаты образуются позднее пиро­пов, окрашенных в лиловый и фиолетовый цвет. Последние более характерны как включения для обычных прозрачных кристаллов I разновидности, но вместе с этим они встречаются и в темном борте. Так, например, в крупном образце этой разновидности алмаза, ве­сившем 160 карат и названном «Сталинградским» нами наблюдались многочисленные мелкие зерна лилового пиропа и изумрудно-зеленого хром-диопсида.

ТАБЛИЦА 20. Постоянные решетки и показатели преломления гранатов, вклю­ченных в алмазы

ТАБЛИТА 21. Результаты химического состава гранатов, находящихся в ал­мазах

Нами исследовался один кристаллик оранжевого граната, извле­ченного из уральского алмаза. Его показатель преломления был ра­вен N = 1,772 и параметр α₀ = 11,508 ± 0,035.

По диаграмме для определения состава гранатов, предложенной группой авторов (Гневушев и др., 1956), состав исследованного гра­ната характеризуется следующим соотношением отдельных молекул: пироп – 37%, альмандин + спессартин – 53% и гроссуляр + андрадит – 10%. Спектральным анализом в нем обнаружены Mg, Fe, Al и Si. Присутствие хрома не установлено. Аналогичные данные сообщает Майер (Meyer, 1969); оранжевые гранаты, находящиеся в виде включений в африканских алмазах, не содержат хрома и име­ют повышенную железистость.

С. И. Футергендлер и В. А. Франк-Каменецкий изучили взаим­ную ориентировку алмаза и находящегося в нем граната на 17 об­разцах; из них в 13 были установлены закономерные срастания. По характеру структурногеометрического соответствия ими выделены четыре случая закономерной взаимной ориентировки алмаза и гра­ната: а) плоскость (111) алмаза срастается с (001) граната, вклю­чение имеет необычный кристаллографический облик, кристаллик сильно удлинен и уплощен по g₄, б) плоскость (111) алмаза сраста­ется с (011) граната и направление [011] и [101] алмаза соответственно совмещается с [011] и [111] граната; в) комбинация двух первых случаев; грани (110) граната развиты неравномерно: одна из них совершенно плоская, наиболее широко развита, грань, обра­щенная к (111) алмаза, имеет ступенчато-пластинчатое строение; г) плоскость (001) алмаза срастается с (011) граната.

Весь материал по исследованию включений граната в алмазах позволяет сделать определенный вывод, что гранат кристаллизует­ся одновременно с алмазом и является сингенетическим включением. Включение оливина. Оливин встречается в алмазах сравнительно часто и является одним из наиболее обычных включений. Он пред­ставляет собой бесцветные кристаллики различного размера (до 0,5-1 мм), которые находятся внутри алмаза близко к поверхно­сти или глубоко внутри в центре кристалла алмаза. Внешний вид включений оливина весьма разнообразен (рис. 78, 79). Они имеют форму хорошо ограненных кристалликов с ясно различимыми гра­нями разного габитуса. В некоторых случаях кристаллики имеют сильно удлиненную псевдотетрагональную форму и очень похожи по внешнему виду на циркон, в связи с чем в ранних работах цир­кон обычно указывался как включение в алмазах (Sutton, 1928; Williams, 1932). Такие удлиненные кристаллики оливина, как пра­вило, ориентированы своей длинной осью с параллельно ребрам ок­таэдра, т. е. вытягиваются в направлении <110> (рис. 79).

Встречаются слабо удлиненные и изометрические кристаллики оливина, имеющие очень сложную огранку. Один из таких кристал­ликов (рис. 78, 2), извлеченный из уральского алмаза, был замерен на гониометре. В связи с его микроскопическим размером (~ 0,2 мм) удалось установить символы только наиболее развитых граней (110), (010), (021) и (111), Некоторые ребра этого кристал­лика были округлены, и он имел вид как бы слабо оплавленного зерна. Гониометрические измерения кристалликов оливина из якут­ского алмаза были сделаны также Н. В. Соболевым и др. (1970).

Мелкие прозрачные изометричные кристаллики оливина, находя­щиеся внутри алмаза, иногда очень похожи на пузырьки. Этим, оче­видно, объясняется тот факт, что ранее в литературе некоторые исследователи указывали на наличие в алмазах включений пузырь­ков газа. Однако это не подтвердилось впоследствии при детальных исследованиях.

Иногда в алмазах встречаются кристаллики оливина сильно уп­лощенные, с широко развитой гранью (010), ориентированной па­раллельно {111} алмаза. Такие кристаллики в некоторых случаях вытянуты по [101], в связи с чем у них наблюдается косое погаса­ние относительно оси удлинения, тогда как в обычных кристаллах, удлиненных вдоль оси с, т. е. [001] – угасание прямое. Такие вклю­чения оливина, впервые описанные Митчеллом и Джиардини (Mitchell, Giardini, 1953), неоднократно наблюдались нами. Ложный ко­сой угол погасания в этих кристаллах равен 38°28′.

Образование такой деформации кристалликов оливина объясня­ется влиянием структуры алмаза на их развитие при совместном ро­сте. Наблюдались параллельные и коленчатовидные сростки кри­сталликов оливина, а также причудливые по форме сростки.

В кристалле алмаза может встретиться одно-два включения оли­вина, но в некоторых случаях наблюдается множество кристалли­ков различного размера, рассеянных внутри алмаза.

М. А. Гневушев и С. И. Футергендлер (1963), а также Харрис (Harris, 1968) наблюдали порошкообразные поликристаллические включения оливина в алмазе. Харрис указывает, что этого типа включение имело вид темного облака внутри алмаза и состояло из. мельчайших зерен оливина размером менее чем 10 μ.

Рис. 78. Включения оливина в алмазе (Урал)

1 – оливин в алмазе; 2 – ограненый кристаллик оливина, извлеченный из алмаза; 3 – уплощенный кристалл оливина с черными пятнами на поверхности

Рис. 79. Включения оливияа в алмазе

1 – сильно удлиненный по оси с кристаллик оли­вина, ориентированный параллельно [110] – трубка «Мир», Якутия; 2 – коленчатый сросток кри­сталликов оливина в алмазе, (Урал)

В поляризационном микроскопе при скрещенных николях оли­вины в алмазе имеют высокие цвета интерференционной окраски, обычно более или менее отчетливо видные на сером фоне алмаза, проявляющего различные узоры двупреломления вокруг включе­ния. При раздроблении алмаза кристаллики оливина легко осво­бождаются. В алмазе бывает хорошо виден «отпечаток» граней кри­сталлика. Из раздробленной массы алмаза кристаллики оливина легко отбираются в поляризационном микроскопе при скрещенных николях.

Некоторые зерна оливина, извлеченные из алмаза, были замере­ны в иммерсионных препаратах; показатели преломления их коле­бались в следующих пределах: Ng = 1,688—1,698 и Nр = 1,651—1,658. У одного из оливинов, данные гониометрического измерения которого приводились выше, оптические константы оказались рав­ными Ng = 1,688—1,690; Np = 1,651—1,654; Ng—Np = 0,035—0,036; 2V около 90°. Параметры решетки этого кристалла были равны: с₀ = 5,983 ± 0,010 kX; α_o= 4,69 ± 0,065 kX и b₀ = 10,230+0,034 kX.

При спектральном анализе аналогичного включения из этого ал­маза были установлены: Si, Mg, Fe и Al.

В табл. 22 приводятся значения постоянных решетки кристалли­ков оливина, находящихся в алмазах в виде включений, замеренных разными исследователями.

Полные химические анализы оливинов, обнаруженных в афри­канских и якутских алмазах, были сделаны с помощью микрозон­дирования Г. Майером (Meyer, 1968), Н. В. Соболевым и др. (1970).

Основываясь на показателях преломления, значении постоян­ных решетки и химическом составе, можно сделать определенный вывод, что оливины в алмазах представляют собой магнезиальную их разность, в которой форстеритовая молекула составляет 94%. Для них характерна примесь Сг₂О₃ в количестве до 0,06%, чем они отличаются от оливинов из кимберлитов и гипербазитов (Соболев и др., 1970).

Важные данные получены С. И. Футергендлер и В. А. Франк-Каменецким (1961; Франк-Каменецкий, 1964) при изучении вза­имной ориентировки структуры алмаза и находящегося в нем оли­вина. Ими были установлены случаи закономерного срастания эпитаксии) оливина с алмазом, при этом выявлены три разновид­ности структурно-геометрического закона срастания.

ТАБЛИЦА 22. Показатели преломления и постоянные решетки оливинов, вклю­ченных в алмаз

В одних случаях плоскость (010) оливина ориентируется парал­лельно плоскости (111) алмаза; зона [101] алмаза параллельна зоне [101] оливина. В этом случае часто кристаллики оливина бы­вают уплощены по (010) и вытянуты по [101], в связи с чем они имеют, как уже отмечалось выше, косое погасание относительно оси удлинения. Хартман (Hartman, 1954) объясняет такое необыч­ное удлинение кристалликов оливина влиянием подложки алмаза при росте оливина, так как, по его мнению, в этом случае скорость роста в направлении [001] у оливина меньше, чем по [101], что и приводит к удлинению кристаллика в этом направлении. С. И. Фу-тергендлер и В. А. Франк-Каменецким отмечены два других случая ориентировки оливина в алмазе: а) (001) алмаза совпадает с плоскостью (001) оливина, а ребро [001] оливина совмещается с направлением [101] алмаза; б) плоскость (001) алмаза совпада­ет с плоскостью (100) оливина, ребро [001] оливина параллельно [011] алмаза.

Исходя из всех данных относительно включений оливина в ал­маз можно совершенно определенно считать, что оливин является сингенетичным с алмазом минералом. Об этом свидетельствуют следующие факты: а) нахождение оливина внутри алмаза, б) «от­печатки» граней кристаллов оливина в алмазе; в) эпитаксиальное срастание алмаза и оливина, которое могло возникать только при их одновременном росте; г) нахождение сростков оливина с алма­зом (Williams, 1932; Бобриевич и др., 1959).

Включение энстатита. Включения кристалликов энстатита в уральских и якутских алмазах были установлены впервые С. И. Футергендлер (1960, 1964), а затем в африканских алмазах Майером (Meyer, 1968) и Харрисом (Harris, 1968).

Присутствие энстатита в алмазах в виде включений отмечалось ранее Сэттоном (Sutton, 1928) и А. Ф. Вильямсом (Williams, 1932). Однако никаких констант в их работах не приводилось, поэтому неизвестно являлись ли изученные ими включения действительно энстатитом, так как визуально отличить его от оливина и диопси-да в связи с сильным искажением формы при нахождении в алма­зе невозможно. Включения энстатита более редки, чем оливина. Для них характерен слабый зеленоватый цвет, но иногда они бы­вают и бесцветными. Форма кристаллов может быть изометричнои или сильно искаженной. Под микроскопом, как и у оливина, при скрещенных николях наблюдаются яркие цвета интерференцион­ной окраски.

Размеры постоянных решетки включенных в алмаз кристалли­ков энстатита приводятся в табл. 23.

ТАБЛИЦА 23. Параметры решетки энстатитов, включенных в алмазы (в Ǻ)

С. И. Футергендлер и В. А. Франк-Каменецкий (1964) выявили структурно-геометрические закономерности срастания алмаза с находящимися в нем кристалликами энстатита: (011) и [111] ал­маза совпадают с (010) и [100] энстатита.

Энстатит сингенетичен алмазу, так как находится внутри его кристаллов; установлено их эпитаксиальное срастание, что дает основание считать энстатит одним из определенно установленных сингенетических минералов, кристаллизующихся одновременно с алмазом.

Включение диоксида и хромдиопсида. Включения хромдиопси­да хорошо идентифицируются на основании характерной изумруд­но-зеленой окраски. Кристаллики этого минерала наблюдались А. Ф. Вильямсом (Williams, 1932) в алмазах из южноафриканских месторождений и им приведены хорошие цветные фотографии включений хромдиопсида в алмазах.

Включения хромдиопсида наблюдались нами неоднократно в. алмазах из якутских месторождений, но встречаются они значи­тельно реже, чем включения пиропа и хромшпинелида.

С. И. Футергендлер (1964) определены параметры решетки од­ного из включений диопсида в уральском алмазе. По ее данным, они были равны: α_о = 9,71 ± 0,09; b₀ = 8,893 ± 0,003 и с_о = 5,231 ± 0,002 кХ. Харрис (Harris, 1968) приводит следующие параметры решетки для включения хромдиопсида в африканском алмазе: α_о = 9,68—9,71; b₀ = 8,91 и с = 5,12; β = 105°30′.

Майер (Meyer, 1968) сделал микрохимический анализ одного-включения диопсида в алмазе из африканского месторождения; SiO₂ – 52,8; ТiO₂ – 0,43; А1₂О₃ – 0,86; Cr₂O₃ – 0,09_; FeO – 5,89; МпО – 0,71; СаО – 20,9; MgO – 16–1; Na₂O – 1,38; K₂O – < 0,004. Позднее были опубликованы результаты полного хими­ческого анализа хромдиопсида из якутского алмаза (Соболев и др., 1970); SiO₂ – 55,4; ТiO₂ – 0,07; А1₂О₃ – 1,75; Сг₂О₃ – 1,62; FeO – 1,36; МnО – 0,03; MgO – 16,6; СаО – 21,4; Na₂O – 1,4; К₂О – 0,15. Как видно из анализов, для хромдиопсидов из алмазов характерно присутствие щелочей. Особенно важно обратить вни­мание на примесь калия, который, как показывают эксперименты, может входить в решетку пироксена только при высоких давлени­ях (не ниже 30 кбар).

Всеми исследователями включения диопсида и хромдиопсида относятся к сингенетическим минералам, кристаллизующимся од­новременно с алмазом.

Включение хромшпинелида. Кристаллики хромшпинелида встречаются в виде единичных или многочисленных различного размера зерен, рассеянных в кристалле алмаза. Иногда они име­ют правильную форму октаэдра, обычно уплощенного по L₃. Чаще всего кристаллики хромшпинелида имеют очень сложную форму, и уловить их сходство с октаэдром не удается. Наблюдаются изо-метричные мелкие зерна, похожие на шарики, каплевидные, ганте-леобразные и другие формы (рис. 80). При раздроблении кристал­ла алмаза находящиеся в нем включения хромшпинелида обычно не легко освобождаются от алмаза в связи с прочным срастанием плоскостей {111} хромшпинелида с плоскостями {111} алмаза. При наблюдении в микроскопе при достаточно сильном освещении на просвет включения хромшпинелида имеют буровато-вишневый цвет, особенно хорошо заметный на периферии их зерен. В табл. 24 приведены данные о размерах постоянной решетки, показателях преломления и химическом составе хромшпинелидов из алмазов. По своему составу хромшпинелиды несколько отличаются друг от друга, что видно и по значительному колебанию постоянных ре­шетки. С. И. Футергендлер (1964) отметила, что хромшпинелиды в якутских алмазах более обогащены Mg и Сг по сравнению с включениями этого минерала в уральских алмазах.

В. А. Франк-Каменецкий (1964) совместно с С. И. Футергенд­лер изучил ориентировку включений хромшпинелида относительно структуры алмаза. В четырех случаях из девяти их структура была ориентирована параллельно структуре алмаза. В одном случае включение хромшпинелида было повернуто относительно структу­ры алмаза на 14°. В других четырех случаях октаэдрические сетки алмаза и хромшпинелида были совмещены. При этом зона [101] алмаза была параллельна зоне [112] включения.

Харрис (Harris, 1968) описал включения хромшпинелидов в алмазах из месторождений Сьерра-Леоне и Ганы. Майер (Meyer, 1968) опубликовал результаты микрохимического анализа трех включений хромшпинелида из аф­риканских алмазов (табл. 25). По своему составу хромшпинелиды из алмазов могут быть идентифициро­ваны с хромпикотитом.

По характеру своего вхождения в алмазы хромшпинелиды относятся к сингенетическим включениям.

Рис. 80. Включение хромшпинелида в алмазе

Включение рутила. Включение трех кристалликов рутила в алмазе из африканского месторождения ус­тановлено Харрисом (Harris, 1968). Он отмечает, что они имели красно­ватый и коричневый цвет. Два кри­сталла были непрозрачны, имели неправильную форму, третий был удлинен, прозрачен и имел прямое погасание. Последний образец был похож на оранжево-красный гранат, встречающийся в виде включения в алмазе. Идентификация этих включений с рутилом сделана на основании размера постоянной решетки, которая оказалась равной α = 4,95-4,96. Ранее С. И. Фу­тергендлер (1964) был описан случай обрастания мелкозернистым агрегатом кристалликов алмаза монокристалла рутила размером 1-1,5 мм. По внешнему виду рутилы трудно отличить от включе­ний хромшпинелида и некоторых гранатов. Для точной их иденти­фикации необходимо проводить рентгенографические исследова­ния. По имеющимся данным трудно сказать, как часто встречают­ся включения этого минерала в кристаллах алмаза. Исходя из того, что рутил был обнаружен внутри кристалла алмаза, он мо­жет быть отнесен к сингенетическим включениям.

Включение коэсита. Включение коэсита в алмазе впервые бы­ло обнаружено Милледж (Milledge, 1961); позднее Харрис (Har­ris, 1968) описал два вида включений коэсита. В одном кристалле алмаза им был обнаружен правильный, хорошо ограненный кри­сталлик. Он проявлял ясную анизотропию с низкими цветами ин­терференции. Вокруг включения наблюдались высокие цвета ин­терференции в самом алмазе, обусловленные напряжениями, воз­никающими в связи с включением. В другом алмазе Харрис уста­новил присутствие большого числа неправильных зерен коэсита. Коэсит был отнесен Харрисом к группе сингенетических минералов, находящихся в алмазах. Следует отметить, что идентифика­ция этих включений была сделана только на основании визуаль­ных микроскопических и рентгенографических исследований, по­этому считать, что она полностью обоснована, нельзя. Подтверж­дение этих данных имело бы большое научное значение. Как изве­стно, некоторые исследователи полагают, что в верхней мантии под воздействием высоких давлений магнезиальные пироксены разлагаются на оливины с выделением свободного SiO₂ (Shimazu, 1958; Соболев, 1967). С этой точки зрения объяснение включений коэсита в алмазах могло бы иметь исключительный интерес.

ТАБЛИЦА 24. Характеристика хромшпинелидов, обнаруженных в виде включе­ний в алмазах

ТАБЛИЦА 25. Химический состав хромшпинелидов (по Meyer, 1968)

Включение магнетита. О нахождении магнетита в виде вклю­чения в алмазах сообщалось Спенсером (Spencer, 1924) и Гюбелиным (Gubelin, 1952), однако точных методов определения они не применяли. При описании включений в якутских алмазах М. А. Гневушев и Э. С. Николаева (1961) отметили, что среди включений рудных минералов имелось одно зерно кубической син-гонии с α = 8,34±0,2 kX, на основании чего они отнесли его к маг­нетиту.

Позднее включение кристаллика магнетита в алмазе было опи­сано более детально Дж. В. Харрисом (Harris, 1968). Согласно его описанию, кристаллик имел металлический блеск, обнаружи­вал слабую магнитность. Поверхность его была как бы гранулиро­вана, но при исследовании рентгенограммы оказалось, что он со­ответствует монокристаллу. Харрис отнес это включение к синге­нетическим включениям. Кроме единичного кристаллика магнетита, он установил присутствие в алмазе поликристаллических агре­гатов магнетита. Однако эти включения были связаны с трещина­ми в кристалле алмаза, поэтому нет уверенности в том, что вклю­чения магнетита такого характера являются сингенетическими. Нами неоднократно находились поликристаллические агрегаты магнетита в трещинах и кавернах в кристаллах алмаза из трубок «Айхал» и «Мир». Эти включения, без сомнения, являются эпиге­нетическими.

Включение графита. Включения графита часто наблюдаются в кристаллах алмаза. Характер вхождения графита в алмазы в раз­ных случаях не одинаков.

В обычных кристаллах алмаза, относимых нами к первой раз­новидности, графит проявляется только по трещинам вокруг вклю­чений посторонних минералов или же в виде пленки, покрываю­щей мелкие кристаллики включенных алмазов.

В этих случаях он образуется после кристаллизации алмаза, в результате полиморфного перехода последнего, очевидно, под вли­янием напряжений, вызвавших растрескивание алмаза вокруг включения. В зависимости от степени графитизации стенок тре­щин, они выглядят дымчатыми или совершенно черными.

Иногда стенки трещин графитизированы неравномерно, в на­правлении от включения к периферии цвет их меняется от черного до слабо-дымчатого.

Ранее графит считался только эпигенетическим включением, образованным в алмазе путем полиморфного перехода алмаза в графит (Кухаренко, 1955; Орлов, 1959). В настоящее время в ре­зультате изучения различных разновидностей кристаллов алмаза можно сделать вывод, что в некоторых из них графит является сингенетическим включением.

В таких разновидностях кристаллов алмаза и их зернистых сростках, которые описаны в главе I настоящей работы под руб­рикой пятой и девятой разновидностей, часто имеющих совершен­но черный цвет от находящихся в них включений графита, послед­ний, очевидно, представляет сингенетическое включение. Образо­вание этих разновидностей кристаллов алмаза происходит, по всей вероятности, в области, близкой к кривой равновесия гра­фит – алмаз, т. е. в области, в которой возможно совместное или поочередное выделение графита и алмаза.

Включение пирита, пирротина и пентландита. Впервые присут­ствие этих минералов в алмазах было установлено В. Е. Шарпом (Sharp, 1966), который, отобрав из различных южноафриканских месторождений 89 кристаллов с темными включениями, раздробил их и снял порошкограммы. Пирротин иногда совместно с пентландитом был установлен в 13% от всех исследованных алмазов.

В некоторых алмазах был обнаружен пирит. Присутствие его объ­яснено В. Е. Шарпом проникновением по трещинам в алмазы в позднюю стадию. Позднее Харрис (Harris, 1968) произвел более детальные исследования. Им было установлено, что темные диско­образные трещины вокруг включенных в алмаз оливинов заполне­ны пентландитом. В одном случае пентландит покрывал включен­ный оливин в виде тонкой оболочки. В других алмазах в трещинах вокруг кристалликов оливина вместе с пентлаидитом был обнару­жен пирротин. Трещины, выполненные этими минералами, имеют серовато-зеленоватый оттенок и выглядят более темными, чем графитизированные трещины. Часть извлеченного из трещин матери­ала обладала слабой магнитностью (пирротин).

Харрис отметил, что оливины, с которыми были связаны дис­кообразные трещины, заполненные сульфидами, не были измене­ны и представляли собой прозрачные кристаллики, ясно обнару­живавшие высокую интерференционную окраску в скрещенных николях. Рентгенографически эти оливины ничем не отличались от включений этого же минерала, не сопровождавшихся сульфидами.

Дж. В. Харрис сделал вывод, что сульфиды выделялись после­довательно с оливином и были вместе с ним захвачены растущим кристаллом алмаза. Таким образом, несмотря на то, что они опи­саны Дж. В. Харрисом под рубрикой эпигенетических включений, фактически он отнес их к сингенетическим включениям.

Включения сульфидов встречаются в алмазах из якутских и уральских месторождений. Характер включений сульфидов (пир­ротина и пентландита) такой же, как и в африканских алмазах. На рис. 81 показана фотография одного из таких включений. В од­них случаях бывает развита в виде диска одна трещина по спай­ности вокруг включения прозрачного кристаллика оливина; в дру­гих случаях вокруг кристаллика оливина образуется целая систе­ма трещинок, окружающих его в виде темных лепестков. Иногда некоторые трещинки имеют раковинчатый характер. В связи с этим представить образование сульфидов одновременно с оливи­ном, как это объясняет Харрис, трудно. Заполнить трещины во­круг оливина после кристаллизации алмаза, очевидно, сульфиды не могли, так как трещины изолированы и не имеют выхода на по­верхности граней.

Можно сделать предположение, что в магматическом расплаве до захвата его алмазом кристаллик оливина ассоциировал или был окружен ликвировавшей капелькой сульфидного расплава. При захвате алмазом, после образования в нем трещин, последние были заполнены этим расплавом, раскристаллизовавшимся затем в пирротин и пентландит. Очевидно, имеется больше оснований относить эти минералы к особого вида сингенетическим включе­ниям, хотя образование их в кристаллах алмаза остается еще за­гадочным.

Включения невыясненного состава. При описании различных разновидностей кристаллов алмаза было показано, что в алмазах с оболочками имеется большое количество микроскопических включений во внешней зоне этих кристаллов. Образование оболо­чек происходит по той причине, что на грани ранее образовавшихся кристаллов алмаза высаживаются микроскопические включе­ния, которые в некоторых случаях почти сплошь покрывают их грани. При дальнейшем росте алмаза эти включения обильно на­сыщают всю внешнюю зону или отдельные ее слои. М. Сиил (Seal 1966) сделал электронномикроскопический снимок и показал, что отдельные включения группируются в «гроздья» размером до 10 μ.

Рис. 81. Включение сульфидов в алмазе, приуроченных к трещинкам, развитым вокруг прозрачного кристаллика оливина

Рис. 82. Включения во внешних зонах кристаллов с оболочками (электронно-микроскопический снимок; Seal, 1968)

Такие гроздья состоят из неправильных по очертанию зерен разме­ром 1-2 μ (рис. 82). С помощью электронного микроанализатора удалось установить присутствие в этих включениях Si и О. Коли­чественные отношения этих двух элементов колебались в широких пределах. В некоторых случаях включения были богаты Si, но со­держали очень мало О, т. е. между ними не было установлено стехиометрических соотношений. В одном из включений, кроме этого, были установлены К и Са. М. Сиил предположил, что эти включе­ния представляют собой карбид кремния, но сделал оговорку, что окончательно это нельзя считать установленным.

Проведенные нами эмиссионные и нейтронио-активационные анализы показали, что алмазы с оболочками содержат повышен­ное содержание кремния по сравнению с обычными кристаллами (см. гл. III). При проведении специальных исследований поведе­ния алмазов с оболочками при нагревании нами установлено, что при температуре 1000-1100° С оболочки с включениями становят­ся черными. Изучение таких алмазов под микроскопом показало, что черными становятся только включения, тогда как сам алмаз остается прозрачным. При большой плотности включений в обо­лочках создается впечатление, что вся внешняя зона кристалла стала черной. Очевидно, явление почернения включений можно объяснить следующим образом. Кислород, который устанавлива­ется в непостоянных количествах при анализе включений, вероят­но, только ассоциирует с ними, но не входит в их состав. Как из­вестно (Phaal, 1965), графитизация алмаза с поверхности в при­сутствии кислорода может начаться при 650° С и происходит ин­тенсивно при 1000° С. Причиной почернения включений может быть взаимодействие ассоциирующего с ними кислорода с внут­ренней поверхностью алмаза, соприкасающейся с включениями, так как это происходит и на поверхности кристалла (см. гл. VI. Химические свойства). Для подтверждения этого вывода нами бы­ло произведено рентгенографическое исследование. На дебаеграм-мах были установлены отчетливые линии алмаза и очень слабые графита, что подтверждает вывод о совершенно незначительной графитизации алмаза, происходящей только вокруг включений вы­шеописанным способом. Что представляют собой микроскопиче­ские включения, во внешних оболочках этой разновидности кри­сталлов алмаза, остается еще до сих пор неясным.

Не совсем определенно выяснена природа черных пятен, кото­рые наблюдаются на включенных в кристаллы алмаза прозрачных кристалликах оливинов, гранатов и энстатита (рис. 78, 3). Эти пятна, обнаруженные на оливинах в уральских алмазах, были опи­саны впервые нами в одной из работ (Орлов, 1959). Они наблюда­лись также на включениях в якутских алмазах, что отмечалось М. А. Гневушевым и Э. С. Николаевой (1961). Харрис (Harris, 1968), изучая включения в африканских алмазах, установил, что аналогичные пятна находятся также на включениях грната и эн­статита. Он отметил, что в большинстве случаев эти темные пятна имеют гексагональную форму. Сделанный ими анализ с помощью микроанализатора не обнаружил никаких элементов, в связи с чем Харрис сделал заключение, что они представляют собой микрокри­сталлики графита. Однако данных, полученных при исследовании природы этих пятен, еще недостаточно для окончательного вывода.

Совершенно не выяснена природа субмикроскопических вклю­чений, наблюдающихся в кристаллах алмаза и впервые наиболее детально описанных Шахом и Лангом (Shah, Lang, 1963).

В одном из бесцветных кристаллов алмаза ими было обнару­жено облакообразное замутнение. Шлиф толщиной 1,5 мм, сделан­ный из этого алмаза приблизительно параллельно плоскости куба, изучался под микроскопом и методом рентгенодифракционной то­пографии. Было установлено, что в центральной зоне находятся мельчайшие частицы. Ближе к периферии рядом с «облаком», со­стоящим из мельчайших частиц, находились относительно более крупные включения микроскопических зерен алмаза. По взаимоот­ношению дислокаций роста с частицами в центральной зоне уста­новлено, что эти частицы выделялись в алмазе уже после образо­вания кристалла. По размеру частицы распределялись в две груп­пы: от 1 мк и менее и около 5 мк. Химическая природа этих выде­лений не была установлена, но, возможно, что они являются суб­микроскопическими зернами алмаза.

Рис. 83. Скопление субмикроскопиче­ских включений в центре кристалла алмаза (трубка «Мир», Якутия)

Позднее аналогичные образования в алмазе были описаны М. Сиилом (Seal, 19660. Ранее такие облакообразные замутнения в кристаллах алмаза отмечались Гюбелиным (Gubelin, 1948, 1952), который без всякого основания отнес их к газовым включе­ниям. Нами такого вида включения наблюдались неоднократно в уральских и якутских алмазах. Для иллюстрации одно из них де­монстрируется на рис. 83. Несмотря на то что природа этих вклю­чений еще не выяснена, можно совершенно определенно утверж­дать, что они не представляют со­бой газовые включения, которые еще никем не были достоверно уста­новлены в алмазах, хотя об этом и нередко сообщалось ранее в литера­туре1.

Как показано М. Спилом (Seal, 19660, эти включения вызывают на­пряжения, что проявляется в ано­мальном двупреломлении. В одних случаях эти включения выделяются, образуя в совокупности округлые или октаэдроподобного облика за­мутнения, в других – крестообраз­ные зоны в центре кристалла, как это описано в работах Шаха и Ланга (Shah, Lang, 1963), а также М. Сиила (Seal, 1965). Исследова­ние природы этих включений сильно затруднено из-за их субмикро­скопических размеров, в связи с чем до сих пор нет никаких дан­ных об их химическом составе. Возможно, включения этого вида (рис. 20) являются преципитатами, т. е. мельчайшими субмикро­скопическими выделениями, возникшими в процессе фазового рас­пада в структуре алмаза, как это предполагают Шах и Ланг. Од­нако до тех пор, пока не будет выяснена химическая природа этих включений, трудно сделать какие-либо определенные выводы.

Эпигенетические включения. В некоторых кристаллах алмаза нами наблюдались включения серпентина в виде псевдоморфоз этого минерала по кристалликам оливина, окруженных трещинка­ми, имеющими выход на поверхность граней кристалла алмаза. В одном случае кристалл амаза был расколот, на поверхности ско­ла обнажалось значительное по размеру включение серпентина, развившегося по оливину. В серпентине в виде темных микроско­пических точек находились кристаллики магнетита. Эпигенетиче­ски серпентин может развиваться в алмазах также по энстатиту и хромдиопсиду.

Разными исследователями описано в качестве включений и кристаллах алмаза значительное число других минералов, которые образуются как псевдоморфозы по сингенетическим минералам, или находятся в трещинах, кавернах и каналах травления. Среди них указывались кварц (Кухаренко, 1955; Орлов, 1959; Harris, 1968), биотит (Williams, 1932), мусковит (Meyer, 1968; Harris, 1968), гематит, гётит (Орлов, 1959; Harris, 1968), каолинит (Har­ris, 1968) и другие минералы. Естественно, что самые различные минералы могут оказаться в трещинах в кристаллах алмаза и проникнуть в эти трещины либо в самих материнских магматиче­ских породах, либо в кластических породах, являющихся вторич­ными источниками алмазов в некоторых алмазоносных областях.

В некоторых случаях эти включения могут способствовать вы­яснению источников россыпных алмазов. Так, например, где ис­точниками являются кластические породы (Урал, Гана), на алма­зах нередко наблюдаются припайки кусочков этих пород (кварца, кварцита и др.), которые дают основание связывать алмазы с эти­ми породами.

Из имеющихся в настоящее время материалов можно сделать вывод, что определенно установленными сингенетическими мине­ралами, кристаллизующимися одновременно с алмазом, являются оливин, энстатит, хромдиопсид, гранаты (хромовые пиропы и пи-ропальмандины), хромшпинелиды, рутил, графит. В кимберлитовых месторождениях алмазы находились в виде включений в не­которых из этих минералов: гранате, оливине и хромдиопсиде (Williams, 1932; Бобриевич и др., 1951), что также свидетельству­ет об одновременном их образовании. Отметим выявленные типо-морфные особенности некоторых из этих минералов.

Оливины, включенные в алмазы, являются железистым форсте­ритом. Согласно данным Мейера (Meyer, 1968), их состав может быть выражен следующим соотношением составляющих их мина-лов: форстерит – 81,5–94,3; фаялит –5,5–8,1; ларнит – 0,0–0,3; тефроит – 0,1–0,2. По сравнению с оливинами из кимберли­тов в среднем они несколько более бедны фаялитовой молекулой и кроме того, для них характерна примесь хрома.

Среди включений гранатов выделяются лиловые и фиолетовые хромовые пиропы, в некоторых из которых содержание минала Mg₃Cr₂Si₃O₁₂ (кноррингит) достигает 40%. Эти гранаты резко от­личаются повышенным содержанием хрома от гранатов, находя­щихся в перидотитах и подавляющего большинства образцов пи­ропа из кимберлитов. Кроме этого, в алмазах находятся оранже­вые гранаты, бедные хромом и значительно обогащенные железом (пироп-альмандины). Эти гранаты по своему составу близки гра­натам из эклогитов.

Для хромдиопсидов характерно почти полное отсутствие A1^IV, повышенное значение отношения Сг/(Сг + А1) и некоторое накоп­ление К₂О, как в пироксенах из эклогитов (Соболев и др., 1970).

Следует обратить внимание, что в алмазах из разных место­рождений мира находятся включения одних и тех же сингенетиче­ских минералов, причем их химический состав и другие особенно­сти во всех случаях идентичны.

Глава 9

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: