Алмазы. Трубка "Мир"

Оглавление

Введение ……………………………………………………………………………………………………………………..2

Физико-химические условия образования  алмазов…………………………………………………4

Геологическое строение месторождения …………………………………………………………..……12

Заключение ………………………………………………………………………………………………………………..18

Введение

     Целью данной работы является рассмотрение генетических типов промышленных месторождений алмазов. Наиболее подробно рассмотрен  магматический тип на примере якутской кимберлитовой трубки «Мир». В основу данной работы положена учебная и научная литература.

   Кристаллическая структура алмаза характеризуется решеткой гранецентрического куба, но атомы углерода располагаются не только  в вершинах и на гранях куба, но также в центрах половинного числа малых кубов (октантов), чередующихся с пустыми малыми кубами.

   Атомы углерода в кристаллической структуре алмаза находятся в состоянии sp-гибридизации валентных электронов, они соединены между собой исключительно ковалентными жесткими связями по направлениям, соединяющим центр тетраэдра с его вершинами. Связывающие электронные пары находятся в серединах отрезков, соединяющих ближайших атомов углерода, и прочно локализованы, энергетический зазор между состоянием этих электронов и уровнем электронов проводимости составляет очень большую величину – 3,6 ЭВ. Поэтому алмаз является типичным диэлектриком, что обусловливает ряд таких специфических свойств, как бесцветность и прозрачность, низкая электропроводность, необычайно высокая твердость, весьма высокая устойчивость при широких колебаниях температуры и давления (в частности, при нагреве до температуры 25000С в отсутствии кислорода не обнаруживает никаких изменений), очень высокая устойчивость по отношению к кислотам и щелочам.

   Название происходит от греч. адамас – непреодолимый (очевидно имелась в виду его наивысшая  твердость и устойчивость по отношению

   Алмазы являются важным сырьем и широко используются в народном хозяйстве. В последние годы спрос на алмазное сырьё резко возрастает во всем мире. Алмазы находят всё большее применение в разных областях промышленности: используются в сложной космической технике (оптические приборы), в горной добывающей и обрабатывающей промышленности. В то же время месторождения алмазов распространены в мире неравномерно, так как алмазовмещающие породы имеют древний возраст и размещаются в пределах древних структур. В мире происходит выработка и доразведка существующих месторождений и поиск новых крупных алмазоносных районов.

   Алмаз обладает уникальными свойствами, он имеет максимальную твердость (10 - по шкале Мооса), которая позволяет его использовать, как буры в различной технике, а также для огранки других алмазов. Алмаз - минерал весьма устойчивый. Эти свойства алмаза находят применение в промышленности и космических технологиях.

   Благодаря уникальным свойствам, и, прежде всего, необычайной твёрдости и устойчивости к изнашиванию, природные и искусственные алмазы находят широкое применение в современных технологиях и механизмах. Но наиболее известным и популярным остаётся использование природных алмазов для изготовления бриллиантов и ювелирных украшений. Алмазы по-прежнему остаются наиболее покупаемыми ювелирными камнями.

   Несмотря на изученность уникальных свойств алмаза, его происхождение до сих пор до конца не выяснено. Существующие гипотезы подчас противоречат друг другу и не могут объяснить всё разнообразие свойств этого минерала.

   Алмаз - достаточно редкий минерал и встречается далеко не повсеместно. Неравномерное размещение алмазов коррелируется с возрастом и составом алмазоносных пород. На основе данных спектрального анализа, можно утверждать, что первые алмазы сформировались в Африке, а затем на других континентах. Основной алмазовмещающей породой являются кимберлиты, представляющие собой брекчии, внедрившиеся в холодном виде. Цемент брекчии карбонатно-серпентиновый с примесью магнетита, перовскита, флогопита, серпентинизированного оливина, иногда граната и шпинели.

   Неравномерность размещения запасов алмазов предопределила неравномерность их добычи. Большую часть этих минералов добывают Россия, страны Африки и Австралия. Производство бриллиантов размещено в Голландии, Сингапуре и в Израиле. А основными потребителями алмазов являются развитые страны мира.

Глава1

Физико-химические условия образования алмазов

  Изучение генезиса алмазов является одной из важнейших проблем геологии. Существует множество гипотез происхождения, но ни одна из них не даёт точного объяснения фактов нахождения алмазов в природе и даже самих процессов образования этого минерала. Это связано с тем, что алмазы находят в сочетаниях с разными по свойствам и условиям образования горными породами. Наибольшее количество алмазов обнаруживают в щелочных ультраосновных породах, выполняющих жилы и «трубки взрыва», например, в кимберлитах Южной Африки. Также бывают единичные находки алмазов в перидотитах. Обычно алмазы добываются в россыпях, причём коренные источники их неизвестны. Только последние изыскания на Архангельском Севере позволили обнаружить богатейшие коренные месторождения алмазов.

   Первые научно обоснованные предположения о генезисе алмазов были высказаны геологами, изучавшими африканские кимберлитовые трубки ещё во второй половине XIX века. К этому времени относятся высказывания о происхождении алмазов в результате непосредственного воздействия магмы на пласты угля. По мнению ученых, алмазы принесены на поверхность из глубинных очагов перидотитового слоя, находившихся на глубине порядка 150 км. В настоящее время большинство исследователей считают алмазы первичной составной частью кимберлитов, но расходятся во мнениях относительно места их образования.

   По мнению А.В. Вильямса (исследователь алмазоносных месторождений Африки), на какой-то гипотетической неизвестной глубине существовал резервуар расплавленной магмы, которая благодаря изменениям температуры или давления уже начала кристаллизоваться и в некоторых участках этого резервуара превращаться в ультраосновные (перидотитовые, пироксенитовые и эклогитовые) породы. Кристаллизация и затвердевание ультраосновных пород, по его мнению, продолжались длительное время, в течение которого состав первоначальной магмы изменялся, пока она не приобрела состав кимберлитовой магмы. Вместе с другими кристаллами и минералами из первоначальной магмы на большой глубине выкристаллизовался и алмаз. Также в кристаллах алмазов можно встретить включения других минералов, что, в свою очередь, невозможно при образовании вне высоких температур и огромном давлении.

   Большинство алмазов имеет мантийный изотопный состав углерода, так как вполне возможна ситуация, когда алмазы росли в приповерхностных условиях Земли из углерода или углеродсодержащих газов в период их извержения из мантии или несколько позже этого периода.

   Сегодня мы знаем, что атомы углерода под большим давлением (как правило, 50000 атмосфер) и на большой (примерно 200 км) глубине формируют кубическую кристаллическую решетку - собственно алмаз. Камни выносятся на поверхность вулканической магмой. Но ещё многое в образовании алмазов покрыто тайной.

  Генетические типы промышленных месторождений.

    Алмазы встречаются в месторождениях двух генетических типов: 1) собственно магматических (первичные) и 2) россыпях (вторичные)

   Собственно магматические месторождения алмазов пространственно и генетически тесно связаны с кимберлитами – своеобразными изверженными породами ультраосновного состава с повышенной щелочностью. В этих породах алмаз кристаллизовался наравне с другими минералами – оливином, пироксеном, гранатом-пиропом – из кимберлитовой магмы. Поэтому коренные месторождения алмазов большинство исследователей относит к раннемагматическому типу. Промышленные коренные месторождения алмазов представлены кимберлитовыми трубками, которые на поверхности имеют несколько десятков или сотен метров в поперечник, а с глубиной уменьшаются в размере и обычно переходят в дайки.

   Наиболее характерными спутниками алмаза в кимберлитовых трубках являются пироп (гранат лилово-красного цвета), хром-диопсид(изумрудно-зеленый пироксен) и пикроильменит (ильменит  с повышенным содержание магния). Эти минералы имеют большое значение при поиске коренных месторождений алмазов.

   По минеральному составу обычно выделяются две основные разновидности кимберлита: 1) базальтоидный, бедный слюдой, в составе которого главную роль играют вкрапленники оливина; 2) слюдяной (лапмпрофировый), богатый слюдой(флогопитом). Наиболее распространен в трубках базальтоидный кимберлит, который, как правило,  и более обогащен алмазами; слюдяной кимберлит обычно встречается в дайках.

   В кимберлитовых трубках содержится большое количество ксенолитов – включений обломков посторонних и родственных пород. Посторонние включения представлены обломками различных пород, прорванных кимберлитовыми трубками. Величина этих обломков весьма разнообразна – от мелких зерен до громадных глыб(несколько метров в поперечнике). Включения посторонних пород располагаются в кимберлитовых трубках или беспорядочно, или в виде крутопадающих линз, образующих так называемые столбы.

   Родственные включения представлены главным образом обломками ультраосновных (дупитов и перидотитов), гранат-пироксеновых (эклогитов) и оливин-гранатовых пород (грикваитов). Эти включения были, очевидно, вынесены кимберлитовой магмой с больших глубин; форма их округлая.

   Наряду с посторонними и родственными включениями в трубках весьма обычны обломки самого кимберлита, сцементированные кимберлитов более позднего происхождения. Это указывает на то, что взрывы и заполнения трубок кимберлитовой магмой происходили неоднократно. Кимберлитовые дайки имеют более однородный состав, чем кимберлитовые трубки, и дробление пород в них выражено не так резко; количество посторонних включений здесь также значительно меньше.

   Вблизи поверхности кимберлит подвергается выветриванию и преобразуется в дресву и илоподобную массу, известную в Южной Африке под названием  «желтой земли». Глубина зоны этого сильно выветрелого кимберлита достигает в южноафриканских трубках 20-30м и более. В кимберлитовых трубках Якутии «желтая земля» практически отсутствует, она заменена дресвой и мелкой щебенкой; мощность выветрелой зоны здесь обычно не превышает 3-5 м, а в некоторых трубках не достигает даже 1м. ниже «желтой земли» располагается зона менее выветрелого кимберлита, так называемой «синей земли». В ней среди распавшейся на отдельные зерна массы встречаются куски сохранившегося кимберлита. Мощность зоны «синей земли» в южноафриканских трубках достигает нескольких десятков метров; в якутских трубках мощность этой зоны обычно не превышает нескольких метров.

   Мелкие трубки с глубиной быстро уменьшаются в размерах и переходят в кимберлитовые дайки. Практика показывает, что небольшие трубки беднее алмазами, чем крупные, а поэтому разрабатываются только более или менее крупные кимберлитовые трубки.

   Содержание алмазов в различных кимберлитовых трубках колеблется в очень широких пределах – от доли миллиграмма до нескольких каратов в одной тонне породы. Известны кимберлитовые трубки, которые совсем не содержат алмазов. Очень богатые кимберлитовые трубки содержат алмазов 3-4 карат \т породы (месторождение Дизеле в Замбии). Содержание алмазов в верхних горизонтах наиболее богатых кимберлитовых трубок в Южной Африке («кимберлей», «дебирс», «премьер») достигает 1,3 карата и более в одной тонне породы. Минимальным промышленным содержанием алмазов в кимберлитовых трубках Южной Африки считается 0,20-0,25 карата в одной тонне породы.

   Кимберлитовые трубки являются единственным типом коренных месторождений алмазов, имеющим промышленное значение. Кимберлитовые дайки в качестве самостоятельных месторождений, как правило, не разрабатываются. Наиболее широко кимберлитовые трубки распространены в Южной Африке, где известно более 150 трубок, из них промышленно алмазоносных только 10%. Помимо Южной Африки кимберлитовые трубки известны в ряде других районов Африки ( в Танзании, Родезии, Заире, Юго-западной и Западной Африке), а также в Индии, Южной и Северной Америке.

   Как известно, первая кимберлитовая трубка «Зарница» была открыта в западной Якутии в 1954 г, а к настоящему времени в Якутии выявлено около 300 кимберлитовых трубок, из них некоторые алмазоносных. Возраст трубок Южной Африки считается позднемеловым – палеогеновым. Кимберлитовые трубки Якутии имеют различный возраст: допермский, позднетриасовый и послесреднеюрский.

   Наличие алмазов в ископаемых россыпях раннепалеозойского и даже докебрийского возраста(Бразилия, Индия, Южная Африка, Западная Африка  др) указывают на существование более древних коренных источников алмазов; однако до сих пор они геологами не обнаружены.

   Коренные месторождения алмазов кимберлитового типа расположены на древних платформах ( Сибирской, Африканской, Южноамериканской, Североамериканской, Индийской). Кимберлитовые трубки размещаются в пределах этих платформ и часто имеют линейное расположение, указывающее на связь их с зонами глубинных разломов. Наиболее крупные разломы располагаются по окраинам Сибирской платформы и в мессах сопряжения крупных структур первого порядка.

   Изучение кимберлитовых трубок показывает, что алмаз образуется в насыщенной газами магме ультраосновного состава при очень высоких давлениях(около 50тыс кгс/см2). Такие условия создаются в глубоких горизонтах земной коры в местах сопряжения крупных платформенных структур(антиклиз, синеклиз и прогибов).

   По мнению многих ученых подъем кимберлитовой магмы из магматического очага к поверхности земной коры происходил по вертикальным трещиноватым зонам в фундаменте платформы под давлением скопившихся в магме газов. При переходе магмы в горизонтально залегающие осадочные породы верхних слоев земной коры, где вертикальные трещиноватые зоны отсутствовали, подъем ее медленно приостанавливался и она растекалась между слоями осадочных пород(или по границе фундамента с осадочными породами), образуя так называемые промежуточные магматические очаги. В связи с охлаждением и застыванием магмы на контакте с вмещающими породами давление газов внутри промежуточных очагов возрастало, что приводило к ряду последовательных взрывов газов. Они пробивали в толще вышележащих пород своеобразные формы жерла, получившие название трубок или диатрем. В этих трубках и застывала алмазоносная магма вместе с обломками вмещающих пород и пород, захваченных магмой при подъеме ее из магматического очага. Этой точки зрения на образование коренных месторождений алмазов придерживается большинство геологов.