Экспериментальное моделирование флюидного режима роста и растворения кристаллов алмаза

• Автор: Багрянцев, Дмитрий Геннадьевич
• Шифр специальности: 04.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 126 с. : ил.

ОГ ДАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Аппаратура высокого давления
1.2. Рабочая ячейка аппарата высокого давления
1.3. Исходные вещества
1.4. Измерение и контроль температуры и давления в опытах
1.5. Режим проведения экспериментов
1.6. Методы исследования твердых фаз
1.7. Хроматографическое изучение образцов
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНО
ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПРИ РОСТЕ АЛМАЗА
2.1. Расчет фугитивности кислорода и молекулярного состава
флюида в равновесиях, при высоких Р-Т параметрах
2.2. Изучение окислительно-восстановительной обстановки
кристаллизации алмаза и состава примесных газов в искусственных алмазах
2.3. Влияние состава летучих примесей в реакционном объеме на
кристаллизацию алмаза
Глава 3. ТРАВЛЕНИЕ АЛМАЗА В ВОДНО-СИЛИКАТНЫХ СИС-
ТЕМАХ В УСЛОВИЯХ ФУГИТИВНОСТИ КИСЛОРОДА НА УРОВНЕ БУФЕРА ССО
3.1. Травление алмаза в порошке ЬЮг
3.2. Взаимодействие алмаза с водным флюидом
3.3. Взаимодействие алмаза с Иа-содержащим "сухим" силикатным расплавом
3.4. Взаимодействие алмаза с расплавом водосодержащего силикатного стекла
3.5. Взаимодействие алмаза с расплавом "сухого"
щелочного базальта
Глава 4. РОЛЬ ФЛЮИДНОЙ ФАЗЫ В ПРОЦЕССАХ
ПРИРОДНОГО АЛМАЗООБРАЗОВАНИЯ
4.1. Флюидный режим и окислительно-восстановительный потенциал среды при росте кристаллов алмаза
4.2. Роль флюидов в постростовых изменениях алмаза
Основные выводы
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Большинство современных исследователей сходятся во мнении, что алмазы образовывались в мантии Земли при высоких температурах и давлениях (Т=1000-1350°С, Р=5,0 ГПа и более). В то же время, единого мнения в отношении окислительно-восстановительного режима кристаллизации алмазов пока нет. Высказываются предположения о кристаллизации алмазов как в окислительных условиях, вплоть до области образования карбонатов, так и в резко восстановительных, включающих область устойчивости муассанита. Некоторые авторы допускают широкий диапазон окислительно-восстановительных условий кристаллизации алмазов, включая область как водно-углекислого, так и метаново-водородного флюидов.
Столь разные представления обуславливаются отсутствием надежных минералогических критериев, позволяющих судить о значениях фугитивности кислорода в областях формирования алмазов. Наиболее часто встречающиеся в природных алмазах включения силикатов и сульфидов (Соболев, 1974; Буланова и др., 1993) имеют широкий диапазон условий образования включая область неустойчивости свободного углерода. Включения «индикаторных» минералов (самородное железо, муассанит, вюстит, магнетит и др.) редки.
Благодаря физическим свойствам и химической инертности, алмаз, вероятнее всего, является лучшим природным материалом для консервации и транспортировки мантийных флюидов к поверхности. Ряд исследователей (Melton, Giardini, 1974, 1981; Бартошинский и др., 1987, 1989; Братусь и др., 1990) изучали состав примесных газов в природных алмазах и на основании этого сделали заключение о флюидном режиме их образования. Возможность захвата флюидов в процессе роста кристаллов алмаза впервые доказана на

0.07 0.01 450 и 0.32 мг
3. Графитовая таблетка. Доля основных примесей газов Н20 и С02 - 0.12 и 0.014 вес.%; кислород не зафиксирован; суммарная доля остальных газов « 0.003 вес.%. В пересчете на вес графитового источника (260 мг) примесные газы составили:
0.026 0.01 260 « 0.068 мг
4. Металл-катализатор Fe0.36Nio.64-C, характеризовался более высокими содержаниями Н20, С02 и СО - 0.028; 0.075 и 0.043 вес.%, соответственно. Здесь же зафиксировано наиболее высокое содержание Н2 - 0.005 вес.%; кислород так же не был зафиксирован, как и в остальных деталях сборки. Суммарное содержание примесных газов в таблетке металла-катализатора весом в 2.2 грамма составило:
0.153 0.01 2200 « 3.37 мг.
Отсюда, общее содержание примесных газов в деталях сборки реакционной зоны ЯВД составило ~ 5.46 мг (учитывали, что вес подложки равен весу верхней запирающей таблетки (рис. 7).
Преобладающими компонентами являлись Н20, С02, СО причем в графитовой таблетке и металле-катализаторе обнаружено большее содержание диоксида углерода, чем воды. Общая доля остальных примесных газов (Н2, СН4, N2, С2Н4) оказалась на уровне 0.001-0.07вес.%. Содержание воздуха в исходных зазорах между деталями сборки, учитывая, что зазоры равны в среднем 0.02 мм, составляет примерно 14.4 мкг, т.е. величина почти в 400 раз меньшая по сравнению с содержанием примесных газов в деталях сборки.