дифракции, элементного картирования (HREM) и микроанализа

394
nanophases and nanoprocesses
RMS DPI 2007-1-174-0
НАНОРАЗМЕРНЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ И ФЛЮИДНЫЕ
ВКЛЮЧЕНИЯ В АЛМАЗАХ ЯКУТИИ: НОВЫЙ ВЗГЛЯД
NANOMETRE-SIZED MINERAL AND FLUID INCLUSIONS
IN YAKUTIAN DIAMONDS: IN A NEW WAY
Логвинова А.М.*, Вирт Р.**, Соболев Н.В.*
Logvinova A.M.*, Wirth R.**, Sobolev N.V.*
*Institute of Geology and Mineralogy SB RUS, Novosibirsk, Russia,
[email protected]
**GeoForschungs Zentrum, Potsdam, Germany
Nanometric-sized isolated inclusions have been studied in six cloudy
octahedral diamonds from Internationalnaya and Yubileynaya mines
(Yakutia). Transmission electron microscopy (TEM) techniques such as
electron diffraction, AEM, EELS and HREM were applied. All crystals
exhibit octahedral external habit with cloudy cores which contain
numerous micro- and nanoinclusions, each of them is composed of multiphase assemblages, which include solid phases (silicates, oxides,
carbonates), brines (halides) and fluid bubbles. All inclusions are relatively
homogenous in composition and contain the distinguishable crystalline
and fluid phases. Al-bearing high–Mg silicate, Ca,Mg-carbonates, Bacarbonate, Sr-carbonate, phlogopite, ilmenite, apatite, magnetite, K,Fesulfides and kyanite have been identified as crystalline mineral phases by
electron diffraction patterns, except of Ba and Sr-carbonate. Halide phase
is KCl. Bubbles contained high K, Cl, O, F, P and less S, Ba, Si, Ti
components. Carbonates were identified in TEM foils from all studied
diamonds in all assemblages with silicates, oxides, sulfides. Some elemental
variations may be explained by fractional crystallization of such fluid/
melt or mixing of fluids with different compositions (carbonatitic, hydroussilicic, brines).
Геохимические особенности природных алмазов и содержащихся
в них минеральных и флюидных включений отражают особенности
состава субстрата глубинных зон литосферы, превышающих 120–150
и, даже, в отдельных случаях, 300 км под континентами. Попытки
достоверной реконструкции условий минералообразования на этих
глубинах на основании комплексного изучения алмазов и включений
в них имеют фундаментальное значение для наук о Земле. Многолетние
целенаправленные экспериментальные исследования в изучении
природных алмазов привели большинство исследователей к выводам
о том, что мантийные среды кристаллизации алмаза представляли
собой насыщенные летучими компонентами расплавы или флюиды
[1]. В последние годы целенаправленно проводится поиск и
исследование микро- и наноразмерных флюидных и флюидсодержащих
включений в алмазах. Современная просвечивающая электронная
микроскопия (TEM) в сочетании с различными возможностями
нанофазы и нанопроцессы
395
дифракции, элементного картирования (HREM) и микроанализа
(AEM), дает возможность идентификации, фазового и поэлементного
анализа включений, имеющих размеры значительно менее 1 микрона
[2]. Такая аппаратура позволяет “увидеть” каждую отдельную фазу
полиминерального нано-размерного включения, измерить параметры
ее элементарной ячейки, определить химический состав и, таким
образом, четко диагностировать. С помощью специальной методики
(FIB) были изготовлены высококачественные супертонкие срезы
размером около 10 микрон с предварительно отполированной
поверхности алмазов, содержащих включения. В данной работе изучено
свыше 40 изолированных включений из алмазов октаэдрического
габитуса из трубок Интернациональная и Юбилейная (Якутия). Эти
алмазы содержат так называемые “облакоподобные” включения,
состоящие из субмикронных индивидов, которые в кубических
кристаллах алмаза располагаются зонально по всему кристаллу, а в
кристаллах с октаэдрической огранкой заполняют только центральную
зону, представленную в большинстве случаев кубоидом [3, 4].
Все обнаруженные включения характеризуются величиной от 30
до 600 нанометров в диаметре. Особое значение для диагностики таких
включений в качестве первичных по отношению к алмазу имеет их
огранка в форме отрицательных кристаллов алмаза – как в случае
мономинеральных, так и в случае полиминеральных включений. Как
правило, абсолютное большинство включений представлено в виде
полиминеральных агрегатов, включающих также аморфное
стеклоподобное вещество и флюидные пузырьки. Твердые фазы
представлены оксидами, силикатами, карбонатами и сульфидами,
раскристаллизованным рассолом. Среди раскристаллизованных
включений методами дифракции и микроанализа идентифицированы
Al-содержащий высокомагнезиальный силикат, Ca, Mg-карбонаты
(доломит, кальцит), Ba-Sr-карбонаты, биотит, ильменит, магнетит,
апатит, K-Fe-сульфиды и кианит. Галиды представлены KCl и
идентифицированы, преимущественно, на основании полученных
элементных карт, снятых в режиме максимального для прибора
разрешения [4, 5]. Карбонаты встречены и идентифицированы во всех
срезах в парагенезисе с силикатами, оксидами, сульфидами и
демонстрируют общее обогащение такими несовместимыми
элементами, как Sr , Ba, K. В микровключениях алмаза из тр.
Интернациональная наиболее часто встречаются минеральные
ассоциации, представленные слюдой, ильменитом, магнетитом,
апатитом, карбонатом, силикатной фазой (не диагностирована) и
остаточным материалом, включающим флюид и обогащенным K, Cl и
O. В ильмените зафиксирована устойчивая примесь Nb. По данным
дифракции и микроанализа слюда диагностирована как флогопит.
396
nanophases and nanoprocesses
Микровключения из алмазов тр. Юбилейная состоят в основном из
слюды, карбонатов, Ni,Fe-сульфидов, апатита и флюидной фазы; также
в них отмечено повышенное содержание фтора, SiO2 и Н2О. Ильменит
и магнетит встречается в них весьма редко. Выявленные различия в
составе минеральных фаз в микровключениях из алмазов тр.
Интернациональная и Юбилейная, расположенных в разных
кимберлитовых районах Якутии, позволяют идентифицировать
парагенетическую принадлежность алмазов каждой трубки, а также
свидетельствуют о неоднородности верхней мантии в отношении ее
окислительно-восстановительного режима.
Таким образом, впервые полученные данные о сложном характере
и составе субмикроскопических первичных включений из алмазов
крупных месторождений Якутии свидетельствуют о важной роли
глубинных метасоматических процессов с вовлечением ряда
несовместимых элементов при формировании алмазов из указанных
месторождений.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 06-05-65021) .
[1] O. Navon. Formation of diamonds in the Earth’s mantle / In J.Gurney, S.
Richardson, and D.Bell, Eds. Proceedings of the 7 th International kimberlite
Conference, Cape Town, 1999, p. 584-604.
[2] R. Wirth. Focused Ion Beam (FIB): a novel technology for advanced application
of micro- and nanoanalysis in geosciences and applied mineralogy // European
Journal of Mineralogy, 16, 2004, p. 863-876.
[3] D.A. Zedgenizov, B. Harte, V.S. Shatsky, G.M. Politov, G.M. Rylov, N.V.
Sobolev. Directional chemical variations in diamonds showing octahedral following
cuboid growth // Contributions to Mineralogy and Petrology, 151(1), 2006, p. 4557.
[4] A.M. Logvinova, R.Wirth, N.V.Sobolev. Nanometre-sized mineral and fluid
inclusions in cloudy Siberian diamonds: new insights on diamond formation //
IMA-2006, Kobe, Japan, Abstract, p.137. [5] O. Klein-BenDavid, R. Wirth, O.
Navon. TEM imaging and analysis of microinclusions in diamonds: a close look at
diamond-growing fluids // American Mineralogist, 91, 2006, p. 353-365.
нанофазы и нанопроцессы
397
RMS DPI 2007-1-175-0
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУР В
ПЕСЧАНИКЕ
INVESTIGATIONS OF NANOSTRUCTURE IN SANDSTONE
Пикулин В.А.*, Киреенкова С.М.**, Морозов Ю.А.**
Pikulin V.A.*, Kireenkova S.М.**, Morozov U.А.**
*Ioffe Phisico-Technical Institute, St-Petersburg, Russia, [email protected]
**Schmidt Institute of Physics of the Earth, Moscow, Russia
The aim of these investigations was some objects of nanostructure in
specimen of rock. For this purpose used widely spreading specimen of
rock – sandstone. We used two experimental methods – Raman
spectroscopy and Atomic Force Microscope. The first method needed
to identify nanocrystals in rock, second – for observation and measuring
nanocrystals on slickenside and special polished surfers. Detected and
identified nanocrystals anatase, quartz and plagioclase by Raman
Spectroscopy. Natural slickenside and special polished surfers was used
for experiments for atomic force microscope. Comparison of two
experimental results performed. Discussion of detail differences for
various structural concerning crystals and heterogenic structure was
done and estimate theirs dimensions.
Целью данной работы были наноструктуры в образце горной
породы. Для этой цели были выбраны образцы песчаника, как одна из
распространенных горных пород. В работе использовались два метода
– Рамановская спектроскопия и атомно-силовой микроскоп. Первый
метод необходим для обнаружения и идентификации нанокристаллов
в горной породе, второй – для исследования и измерения
нанокристаллов на поверхности зеркала скольжения и на специально
отшлифованной поверхности. С помощью метода Рамановской
спектроскопии найдены нанокристаллы анатаза, кварца, плагиоклаза.
Проведены сравнения результатов двух методов. Приведены детально
различные струтуры как кристаллического так и гетерогенного вида,
также оценены их размеры и вид.
Для построения современной теории разрушения горных пород
необходимо иметь сведения о структуре и механизмах образования в
процессе эволюции Земли структур различных размеров, начиная с
нанометров и кончая тысячами километров. Если методы исследования
микро и макроструктурных образований в горных породах хорошо
развиты, то разработка методов исследования образований с
нанометровыми размерами только начинается. Целью настоящей
работы является обнаружение наноструктур в горной породе, оценка
их размеров и идентификация.
Эксперименты проведены на образцах тонкослоистого аркозового
песчаника из рифейских турбидитовых толщ острова Средний. В