​

2011 год

 

1. Доказано существование в независимом фазовом состоянии сверхтвердого углеродного вещества - гексагонального алмаза (лонсдейлита).  Впервые обнаружен монокристаллический природный лонсдейлит, и разработана методика его диагностики с помощью рамановской спектроскопии. На основе комплексных данных высокоразрешающих микроскопических и спектроскопических методов доказана возможность  существования гексагонального алмаза в независимом фазовом состоянии на примере обнаруженного монокристаллического лонсдейлита,  впервые получены структурные и спектроскопические характеристики по его обособленным частицам, имеющим относительно крупные размеры и монокристаллическое строение. Установлен новый тип природного лонсдейлита, приуроченного к регионально метаморфизованным метасоматически измененным породам.  На основе термостимулированной кинетики спектральных характеристик разработана методика диагностики лонсдейлита с помощью рамановской спектроскопии, позволяющая отличать его от нанокристаллических кубических алмазов. Результаты исследований могут быть использованы не только при моделировании процессов природного алмазообразования, но и, прежде всего, в области создания сверхтвердых материалов, учитывая, что теоретически лонсдейлит на 58% тверже кубического алмаза в одном из направлений (д.г.-м.н. Т.Г. Шумилова, к.г.-м.н. С.И. Исаенко; проф. Е. Майер, Центр электронной микроскопии Ахенского университета, Германия).

2. Выявлены разновидности и особенности структурно-фазового состояния углеродного вещества карбонатитов Косьюского массива (Средний Тиман). В результате комплексных минералогических исследований установлено многообразие форм выделения, морфологии частиц и структурного состояния углеродного вещества карбонатитов Косьюского массива. Установлено, что углеродное вещество представлено как минимум двумя структурными разновидностями - графитом высокой степени кристалличности и нанокристаллическим графитом. Выявлено, что последний характеризуется существенно меньшими структурными параметрами (аспирант А.Н. Мингалев, к.г.-м.н. С.И. Исаенко, д.г.-м.н. Т.Г. Шумилова).   

3. Экспериментально показана возможность возникновения локального повышения температуры за счет термической эмиссии в условиях аналогичных магматическим карбонатным расплавам. Предложен стартовый механизм термической эмиссии. В результате экспериментальных исследований по синтезу свободных форм углерода из расплава магматического кальцита в условиях высоких температур и давлений с применением алмазных наковален с лазерным нагревом и наблюдениями "in situ" описано явление термической эмиссии, локально повышающей температуру по качественным оценкам до 5000-7000 К и более при Т=1200К и Р=13ГПа в макросистеме. Стартовый механизм возникновения экспериментально наблюдаемой термической эмиссии вызван с реакциями восстановленных компонентов флюида с образованием ковалентных связей свободного углерода. Доказана возможность образования стеклоподобного углерода, образующегося в локальных участках карбонатного расплава в связи с проявлением термической эмиссии. Полученные экспериментальные данные имеют важное значение для моделирования алмазообразующих процессов (д.г.-м.н. Т.Г. Шумилова, к.г.-м.н. С.И. Исаенко).

4. Установлен эффект термостимулированного рамановского сдвига лонсдейлита. Обнаружено, что лонсдейлит под влиянием лазерного излучения проявляет отличную от кубического алмаза динамику рамановского сдвига. На основе данного эффекта разработана методика диагностики монокристаллического лонсдейлита с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света, позволяющая корректно диагностировать лонсдейлитовую фазу, как в отдельных обособлениях, так и в тесном когерентном срастании с кубическим алмазом   (д.г.-м.н. Т.Г. Шумилова, к.г.-м.н. С.И. Исаенко).

5. Установлены пределы влияния величины обособленных зерен углеродных веществ на их спектроскопические характеристики при возбуждении спектров лазерным излучением. Выявлена закономерность рамановского сдвига в зависимости от величины зерен и мощности лазерного излучения. Установлено, что при величине обособлений >10 мкм влияние размерного фактора исчезает. При размерности обособлений <10 мкм фактор смещения рамановского сдвига необходимо обязательно учитывать. Это обстоятельство имеет большое значение при исследовании микрозерен кристаллических и наноструктурированных минеральных веществ и обособленных наночастиц,  в частности для корректной идентификации и различия между собой нанокристаллических алмазов и лонсдейлита (к.г.-м.н. С.И. Исаенко).

 

2010 год

 

1. Впервые установлены природные углеродные нановолокна. Углеродные нановолокна формируют наноструктурированные природные композиты в графите из карбонатитов (Чагатайский комплекс, Узбекистан). Подобные углеродные композиты не были до сих пор обнаружены ни в продуктах синтеза, ни среди природных объектов, они могут стать прототипом создания новых углеродных материалов и стимулировать создание новой технологии получения наноструктурированных углеродных композитов (д.г-м.н. Т.Г. Шумилова, к.г.-м.н. Ф.К. Диваев, к.г.-м.н. С.И. Исаенко, проф. Дж. Акаи). 

2. Впервые обнаружен монокристаллический α-карбин в связи с гейзеритами и установлена парагенетическая ассоциация  α-карбина с графитом и битумоидами. Детальные исследования графита нового генетического типа с использованием просвечивающей электронной микроскопии позволили выявить монокристаллический природный α-карбин, образующий тонкие нанослои в графите. С применением битуминологических наблюдений и сканирующей электронной микроскопии было установлено, что самородная углеродная минерализация находится в тесной парагенетический связи с битумоидами. Карбин является актуальным углеродным материалом, обладающим уникальными технологическими свойствами, которые могут найти широкое применение в электронных нанотехнологиях и создании электроники на моноуглеродной основе. Его синтез часто затруднен недостаточно высокой воспроизводимостью, раскрытие механизма формирования природного карбина может позволить разработать новую технологию получения монокристаллического карбина (д.г-м.н. Т.Г. Шумилова, к.г.-м.н. Ю.В. Данилова, М.В. Горбунов, к.г.-м.н. С.И. Исаенко).

3. Экспериментально доказано существование природного графита с высоким содержанием sp³-углерода (углерода алмазного типа) и алмазоподобного аморфного углерода со 100% содержанием sp³-компоненты. В результате исследований с помощью высокоразрешающей электронной спектроскопии низкоэнергетических потерь в совокупности со сканирующей просвечивающей электронной микроскопией получены уникальные данные по углеродной минерализации Кумдыкольского месторождения алмазов. Прямыми методами доказано существование графита с высоким содержанием sp³-углерода и 100 % алмазоподобного аморфного углерода. Полученные данные имеют фундаментальное значение для развития теории конденсированного состояния углерода, моделирования процессов природного алмазообразования, материаловедения и технологических приложений (д.г-м.н. Т.Г. Шумилова, проф. Е. Майер).

4. Изучение минералогических, петрографических и геохимических особенностей карбонатитов Косьюского массива c помощью современных методов позволило существенно уточнить сведения о количественном и качественном содержании редкоземельных элементов (РЗЭ) в карбонатитах массива р. Косью, что может быть основой для постановки работ по переоценке ресурсного потенциала данного объекта. Посредством эмиссионного спектрального анализа с индуктивно-связанной плазмой (ЭСА-ИСП) для косьюских карбонатитов выявлены повышенные содержания РЗЭ цериевой группы. Установлено, что среднее содержание суммы РЗЭ в карбонатитах составляет 15479.3 г/т, это почти в 3 раза превышает значения, полученные ранее в результате производственных работ в 1970-80 гг. (к.г.-м.н. Н.С. Ковальчук).

5. Установлена экспериментальная зависимость спектроскопических характеристик  графитовых частиц от их размерности при возбуждении спектров комбинационного света с помощью лазера. При исследовании частиц цейлонского графита разного размера было установлено, что нагрев образцов лазером приводит к смещению положения G-полосы в спектрах КР в низкочастотную область, при этом наблюдается зависимость величины сдвига от размера частиц - чем меньше частица, тем существеннее сдвиг. Данное обстоятельство необходимо учитывать при анализе спектров комбинационного рассеяния света углеродных веществ с целью определения особенностей структурного состояния вещества и условий его формирования (к.г.-м.н. С.И. Исаенко).

6. Выполнена сводка материалов по природному геологическому наследию северо-востока европейской части России (Республика Коми, Ненецкий национальный округ, Пермский край, Кировская и Архангельская области. Составлена сводная карта природного геологического наследия северо-востока европейской части России (с.н.с. П.П. Юхтанов).

 

Фундаментальный уровень:

Выявлены принципиально новые механизмы кристаллизации алмаза и новый тип коренных алмазсодержащих пород

Прикладной уровень:

Выявлены новые критерии, указывающие на потенциальную  перспективность Тиманского региона на коренную алмазоносность.

 

Отдельные существенные результаты за 2005-2009 гг.:

 

- Впервые экспериментально установлена кристаллизация алмаза из расплава природного кальцита, что позволило доказать возможность кристаллизации алмазов непосредственно из карбонатного расплава. В результате проведения экспериментальных исследований по синтезу алмазов из расплава природного кальцита алмазоносных карбонатитов о. Фуэртевентура (Канарский архипелаг, Испания) с применением алмазных наковален и наблюдениями 'in situ" впервые был получен свободный углерод в форме графитоподобного углерода и алмаза без использования дополнительного источника углерода и катализаторов. Тем самым подтверждена принципиальная возможность продуктивности природных карбонатных расплавов на кристаллизацию алмазов. Полученные данные имеют уникальное фундаментальное значение для развития модели образования алмазов кимберлитов, лампроитов и карбонатитов (д.г-м.н. Т.Г. Шумилова; проф. Б. Винклер, д. Л. Баяряргал, д. А. Фрейдрих, Институт кристаллографии Департамента наук о Земле Франкфуртского Университета, Германия);

 

- Впервые экспериментально установлена возможность существования парагенеза алмаз-стеклоуглерод. Установлено, что при кристаллизации алмаза в карбонатном расплаве возможно образование сингенетичного стеклоуглерода. В результате исследований продуктов высокобарного высокотемпературного синтеза алмазов в поликомпонентном карбонатном расплаве с помощью рамановской спектроскопии в совокупности с алмазом были идентифицированы сингенетичный стеклоуглерод и графит двух генераций посталмазной фазы кристаллизации. Стеклоуглерод представлен черными глобулами диаметром 0.5-5 мкм, которые приурочены к различным внутренним участкам алмаза и отчасти выходят на поверхность кристаллов алмаза. Установленная экспериментально сингенетическая ассоциация алмаза со стеклоуглеродом расширяет перечень возможных углеродных парагенезов и вносит существенный вклад в фундаментальные аспекты теории кристаллизации алмаза. (д.г.-м.н. Т.Г. Шумилова, к.г.-м.н. С.И. Исаенко; д.х.н. Ю.А. Литвин, Институт экспериментальной минералогии РАН);

 

- Установлен новый тип алмазсодержащих пород в связи с шонкинит-порфирами.  В результате детальных исследований шонкинит-порфиров Северного Тамдытау (Центральные Кызылкумы, Западный Узбекистан) выявлены микрокристаллы алмазов. Данная находка открывает перспективы выявления коренных месторождений на территории Узбекистана и потенциальные возможности для обнаружения аналогичных объектов на территории России (к.г.-м.н. Ф.К. Диваев, Центральная геолого-геофизическая экспедиция, Госкомгеологии Республики Узбекистан; д.г.-м.н. Т.Г. Шумилова);

 

- Подтверждена алмазоносность карбонатитов Чагатайского комплекса (Узбекистан). В результате детальных минералогических исследований малообъемных проб карбонатитов Чагатайского комплекса были выявлены кристалл алмаза, многочисленные частицы графита и муассанит. Подтверждение алмазоносности карбонатитов данного комплекса имеет принципиальное фундаментальное и прикладное значение (д.г.-м.н. Т.Г. Шумилова; к.г.-м.н. Ф.К. Диваев, Центральная геолого-геофизическая экспедиция, Госкомгеологии Республики Узбекистан);

 

- Установлен временной ряд последовательности магматических событий в пределах Среднего Тимана: вендские лампрофиры и карбонатиты, среднедевонские кимберлиты, позднедевонские базальтоиды и раннекаменноугольные щелочные базальты (д.г.-м.н. А.Б. Макеев, д.г.-м.н. Н.И. Брянчанинова; В.А. Лебедев, ООО "Геолог-1");

 

- Предложен гидрогеохимический подход для поисков коренных месторождений алмазов. На основании изучения гидрогеохимии речных и подземных природных вод Среднего Тимана (Четласский Камень, Вольско-Вымская гряда) выделены два комплекса аномалеобразующих индикаторных элекментов-примесей, характерных для потенциально алмазоносных ультраосновных вулканитов и полиметаллических объектов (д.г.-м.н. А.Б. Макеев, д.г.-м.н. Н.И. Брянчанинова, В.А. Лебедев, ООО "Геолог-1");

 

- Впервые установлены псевдоморфозы графита по алмазу в карбонатитах массива р. Косью (Тиман). В ходе минералогических исследований акцессорной минерализации карбонатитов массива р. Косью впервые были обнаружены псевдоморфозы графита по алмазу комбинационной, октаэдрической и кубической формы. Данное обстоятельство имеет большое значение при оценке данного массива на алмазоносность (д.г.-м.н. Т.Г. Шумилова);

 

- Установлены отличительные спектроскопические характеристики кимберлитовых и россыпных алмазов на примере алмазов россыпей Ичетъю и Красновишерского района и кимберлитовых месторождений Архангельской области и Республики Саха-Якутия. Методом оптического поглощения (ОП) были исследованы выборки алмазов из россыпных полей Ичетъю Среднего Тимана и Красновишерского района Пермской области, а также из месторождения им. М.В. Ломоносова и кимберлитовой трубки им. ХХIII съезда КПСС. При анализе спектров ОП алмазов из россыпных объектов - Ичетъю и Красновишерского района с заведомо кимберлитовыми алмазами из Архангельской области и Республики Саха-Якутия установлено несколько генеральных закономерностей и тенденций. Большую часть алмазов можно квалифицировать по физической классификации как "азотистые" (первый тип). Установлено, что азотно-вакансионный дефект N3 встречается во всех изученных образцах. Для россыпных кристаллов алмаза (Ичетъю) является характерным наличие в спектрах оптического поглощения, эпигенетической H3-системы. В спектрах алмазов из объектов Восточно-Европейской платформы, в особенности в россыпных, часто присутствуют широкие полосы поглощения в диапазонах 470-510, 510-590, 590-650 нм. Отличительной чертой кимберлитовых алмазов является, как правило, проявление единственной системы N3 в спектрах ОП, либо вообще отсутствие каких-либо полос поглощения (к.г.-м.н. С.И. Исаенко);

 

- Разработана классификация наноструктур природных и синтетических веществ. Впервые выявлены наноструктуры со смешанным типом упорядочения, в том числе для алмазоподобного углерода. На основе полученных обширных данных о структуре природных углеродных веществ, полученных в результате исследований с помощью высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии на атомарном уровне разрешения в совокупности с анализом сведений о наноструктурированных синтетических материалах проведена систематизация наноструктур на атомарном уровне, которая может быть использована при описании любых типов природных и искусственных веществ. Впервые выделены наноструктуры с промежуточным типом упорядочения, характеризующиеся одновременным присутствием как кристаллического, так и аморфного мотивов строения (д.г.-м.н. Т.Г. Шумилова).

 

Другие результаты:

 

- Установлен новый генетический тип графита в связи с травертинами. В результате детальных исследований графита из травертинов о. Ольхон (оз. Байкал, находка Е.В. Склярова) нами установлены его минералогические особенности и тесная связь с битумоидами. Относительно низкие температуры формирования травертинов, отсутствие признаков их метаморфизации и привноса графитовых частиц из вмещающих пород, типоморфные особенности графита из травертинов позволили выделить его как новый генетический тип высококристаллического графита в возможной парагенетической ассоциации с битумами, образующийся при температуре ниже +700С и атмосферном давлении (д.г.-м.н. Т.Г. Шумилова; к.г.-м.н. Ю.В. Данилова, Институт земной коры СО РАН);

 

- Выполнены детальные исследования нового минерала юшкинита, установлены его парастерезис и условия образования. В результате исследований уточнен химический состав и некоторые свойства юшкинита. Выявлены вариации состава юшкинита. Установлена кальциевая разновидность. Новые исследования минерального парастерезиса юшкинита позволили в четыре раза расширить список входящих в него минералов. Обнаружены новые карбонатные фазы. На основании электронно-микроскопических наблюдений и анализов минералов предложена новая схема реакции природного синтеза юшкинита. Оценены некоторые параметры среды минералообразования. Впервые изучены термографические свойства, получены инфракрасные и рамановские спектры юшкинита, которые могут использоваться как справочные (диагностические) данные. Полное описание свойств юшкинита и его минеральной ассоциации могут быть использованы как эталон для всесторонней характеристики других минеральных фаз гибридных минералов группы валлериита (к.г.-м.н. Н.С. Ковальчук);

 

- Установлены формы нахождения кальция в юшкините. На основе комплексных исследований с использованием рамановской спектроскопии, электронной микроскопии и рентгенофазовых методов установлено, что повышенные содержания кальция в юшкините связаны с включениями неструктурных примесей кальций-содержащих фаз в виде тонких ламеллей (к.г.-м.н. Н.С. Ковальчук);

 

-Уточнена фазовая диагностика ряда редкоземельных минеральных фаз в карбонатитах Косьюского комплекса (Тиман). На основе комплексных исследований с использованием микрозоднового анализа и электронной сканирующей микроскопии уточнена фазовая принадлежность ряда редкоземельных минеральных фаз в карбонатитах Косьюского комплекса (Тиман). Установлены достаточно широкие вариации химического состава монацита, определена его ведущая геохимическая специализация и выявлены разнообразные морфологические типы его выделений (к.г.-м.н. Н.С. Ковальчук, д.г.-м.н. Т.Г. Шумилова, к.г.-м.н. И.В. Козырева);

 

- Построены цифровые карты твердых полезных ископаемых и минерального строительного сырья Ненецкого автономного округа и Республики Коми. Посредством программных средств ГИС-технологий  составлены тематические слои всех известных на сегодняшний день месторождений и проявлений Ненецкого автономного округа и Республики Коми, построены картограммы геологической изученности территорий, отдельные крупномасштабные геологические карты, разрезы и планы (к.г.-м.н. С.И. Исаенко);

 

- Выполнено обобщение материалов по сырьевой базе минерального строительного сырья в пределах Ненецкого автономного округа и Республики Коми.  (к.г.-м.н. С.И. Исаенко совместно с Г.В. Чупровым, А.В. Терентьевым);

 

- Произведен обобщающий анализ данных по результатам ранее выполненных поисково-оценочных и разведочных работ на объектах Мо, Мn, Au, Cu, Pb-Zn, Fl минерализации на территории северо-западной части Северного Тимана, о. Вайгач п-ова Канин и Югорского п-ова (к.г.-м.н. С.И. Исаенко);

 

- Рассмотрено состояние особо охраняемых территорий геологического профиля северо-востока европейской части России с позиций современной концепции природного наследия (Республика Коми, Ненецкий национальный округ, Пермский край, Кировская область). Собран и обобщен материал по истории создания системы ООПТ геологического профиля в РК. Проведены полевые работы в районах геологических памятников природы республиканского значения (РК). Собран обширный материал по геологическому строению, проведены описание и детальная фотодокументация всех охраняемых государством геологических объектов на территории РК. Составлен реестр геологических объектов (более 130) представляющих научную, познавательную, историческую, эстетическую (художественную), рекреационную ценность. Предложены критерии оценки и ранжирования объектов. Сделан вывод о необходимости проведения работ по заповеданию (геоконсервационных) геологических объектов в районах интенсивного освоения и районе горнорудных комплексов расширить тематическое разнообразие сохраняемых геологических достопримечательностей республики. Кроме стратигрофо-палеонтологических и геоморфологических памятников природы предложено заповедать наиболее ценные и интересные с научной точки зрения гидрогеологические, минералого-петрографические и горно-исторические объекты (с.н.с. П.П. Юхтанов);

 

- Проведен анализ материалов по месторождениям кварца-волосатика России (Приполярный Урал и Южный Урал). Для каждого района установлены особые типоморфные черты РВ, обусловленные преобладающей цветовой гаммой и присутствием набора минералов-спутников. На окраски рутилов влияют такие элементы-примеси в них как Fe, V, Cr, Mn, Nb, Та, Mg, которые создают региональные отличия рутилового волосатика (РВ) для ЮУ- и ПУ- сырья. В общем плане для ЮУ характернее яркие колера рутилов, тогда как на ПУ преобладают соломенно-золотистые. Имеющее хождение на современном рынке бразильское сырьё, отличается преимущественно светло-соломенными окрасками и РВ своеобразны тем, что рутил в них концентрируется в виде густо сросшихся агрегатов, звёздчато расходящихся от темного центра (?) ильменогематита. РВ из российских объектов другие, более разнообразные, и тем интереснее по своим потребительским качествам. Отмечено, что Россия обладает реальными, но до сих пор не учтёнными запасами весьма оригинального самоцвета - кварца-волосатика с рутилом. Кварц -волосатик не включен в список камней-самоцветов, ресурсы которых должны подлежать государственному учету. Месторождения кварца волосатика не включены в государственный реестр месторождений, а кварц-волосатик  (с.н.с. П.П. Юхтанов);

 

- Обоснован кластогенный характер основной массы юрских базальных золотоносных псефитов россыпи Бездубово, позволяющей относить этот объект к коллектору вторичного типа (к.г.-м.н. Ю.В. Глухов, В. Н. Филиппов, Б.А. Макеев, к.г.-м.н. С.И. Исаенко);

 

- На примере среднеюрских базальных псефитов Сысольской мульды проведено минералогическое изучение рудного золота контейнерного типа. Специфичной чертой этой разновидности рудного золота является его миграция несвободным путем, внутри грубообломочного материала-контейнера, увлекаемого водотоками. Установлено, что вместе с обычными признаками рудного золота объектов коренного типа, контейнерное золото имеет свои специфичные особенности, порожденные его частичной защищенностью телом контейнера от механического и химического воздействия. Ему присущи гибридные телесные формы - контрастное сочетание "свежих" рудных ростовых форм и уплощенных форм длительного окатывания. В отличие от типичного кластогенного золота, контейнерное золото не имеет сплошных высокопробных оболочек. Высокопробные участки на его поверхности имеют четко выраженный локально-прерывистый характер. Присутствие контейнерного рудного золота в россыпи не является признаком близкого расположения коренных источников золота (к.г.-м.н. Ю.В. Глухов, В.Н. Филиппов, к.г.-м.н. С.И. Исаенко, Б.А. Макеев).