Raman Spectroscopy for Characterization of Peridotite Paragenesis Mineral Inclusions in Diamonds

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Research subject. Spectroscopic features (Raman spectra) of mineral inclusions of peridotite paragenesis (olivine, orthopyroxene, clinopyroxene, garnet) in natural diamonds of the Yakutian diamondiferous province. Materials and methods. A series of diamonds was studied both with single mineral inclusions and with associations of inclusions of peridotite paragenesis. The chemical composition of mineral inclusions in diamonds was determined using an electron probe micro-analyzer (EPMA). The Raman spectra of inclusions were obtained on a spectrometer equipped with a Nd:YAG laser with a wavelength of 532 nm. Results. The revealed spectroscopic characteristics of mineral inclusions in natural diamonds reflect specific features of their chemical composition. Thus, the shift in the positions of the Raman peaks DB1 and DB2 in the olivine spectra reflects the forsterite - fayalite (Mg-Fe) isomorphism; changes in the positions of valence vibrational modes in the Raman spectra of clinopyroxene Si-Onbr (ν16) and Si-Obr (ν11) and orthopyroxene (ν17) reflect the isomorphism of diopside - jadeite (CaMg-NaAl) and enstatite - ferrosilite (Mg-Fe), position shifts of deformation (ν2) and valence (ν1, ν3) modes of vibrational energies of the Si-O bond in garnets reflect the Al-Cr and Ca-Mg isomorphism, respectively. Conclusions. For the identified correlations, regression lines were calculated, which can be used to determine the quantitative contents of the main chemical components of mineral inclusions (clinopyroxene and garnet) of peridotite paragenesis in situ in diamonds. The developed method for evaluating the chemical composition of garnet and clinopyroxene inclusions can be used to distinguish clinopyroxene and garnet inclusions from different mantle parageneses.

Sobre autores

A. Kalugina

A.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, UB RAS; V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, SB RAS

Email: anastaskalugina@gmail.com

D. Zedgenizov

A.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, UB RAS; Ural State Mining University

A. Logvinova

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, SB RAS

Bibliografia

  1. Гудимова А.И., Агашева Е.М., Агашев Е.В., Похиленко П.И. (2022) Состав, строение и термальный режим литосферной мантии в районе высокоалмазоносной кимберлитовой трубки им. В. Гриба (архангельская алмазоносная провинция): данные по химическому составу ксенокристов граната и хромдиопсида. Докл. РАН, 505(1), 38-45. https://doi.org/10.31857/S2686739722070088
  2. Зедгенизов З.А., Рагозин А.Л., Калинина В.В., Мальковец В.Г., Помазанский Б.С. (2015) Минеральные включения в алмазах из кимберлитовой трубки Нюрбинская (Якутия). Геология и минерально-сырьевые ресурсы Северо-востока России: всерос. науч.-практ. конф. Якутск: ИГАБМ СО РАН, 173-176.
  3. Соболев Н.В. (1974) Глубинные включения в кимберлитах и проблема состава верхней мантии. М.: Наука, 264 с.
  4. Соболев Н.В., Логвинова А.М., Зедгенизов Д.А., Ефимова Э.С., Лаврентьев Ю.Г., Усова Л.В. (2000) Аномально высокое содержание примеси никеля во включениях оливина из микроалмазов кимберлитовой трубки Юбилейная (Якутия). Докл. АН, 375(3), 393-396.
  5. Соболев Н.В., Харькив А.Д., Лаврентьев Ю.Г., Поспелова Л.Н. (1973) Хромит-пироксен-гранатовые сростки из кимберлитовой трубки “Мир”. Геол. и геофиз., (12), 15-20.
  6. Bersani D., Ando S., Vignola P., Moltifiori G., Marino I.-G., Lottici P.P., Diella V. (2009) Micro-Raman spectroscopy as a routine tool for garnet analysis. spectrochim. Acta, 73(3), 484-491. https://doi.org/10.1016/j.saa.2008.11.033
  7. Cameron M., Papike J.J. (1981) Structural and chemical variations in pyroxenes. Amer. Miner., 66(1-2), 1-50.
  8. Chaplin T., Price G.D., Ross N.L. (1998) Computer simulation of the infrared and Raman activity of pyrope garnet, and assignment of calculated modes to specific atomic motions. Amer. Miner., 83(7-8), 841-847. https://doi.org/10.2138/am-1998-7-816
  9. Chopelas A. (1991) Single crystal Raman spectra of forsterite, fayalite, and monticellite. Amer. Miner., 76(7-8), 1101-1109.
  10. Chopelas A. (1999) Estimates of mantle relevant Clapeyron slopes in the MgSiO3 system from high-pressure spec troscopic data. Amer. Miner., 84(3), 233-244. https://doi.org/10.2138/am-1999-0304
  11. Compomenosi N., Mazzucchelli M.L., Mihailova B., Scambelluri M., Angel R.J., Nestola F., Reali A., Alvaro M. (2018) How geometry and anisotropy affect residual strain in host-inclusion systems: Coupling experimental and numerical approaches. Amer. Miner., 103(12), 2032-2035. https://doi.org/10.2138/am-2018-6700CCBY
  12. Domeneghetti M.C., Molin G.M., Tazzoli V. (1985) Crystal-chemical implications of the Mg2+−Fe2+ distribution in orthopyroxenes. Amer. Miner., 70(9-10), 987-995.
  13. Grutter H.S., Gurney J.J., Menzies A.H., Winter F. (2004) An updated classification scheme for mantle–derived garnet, for use by diamond explorers. Lithos, 77(1-4), 841-857. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2004.04.012
  14. Gubanov N., Zedgenizov D., Sharygin I., Ragozin A. (2019) Origin and evolution of high-Mg carbonatitic and low-Mg carbonatitic to silicic high-density fluids in coated diamonds from Udachnaya kimberlite pipe. Minerals, 9(1), 734. https://doi.org/10.3390/min9120734
  15. Guyot F., Boyer H., Madon M., Velde B., Poirier J.P. (1986) Comparison of the Raman microprobe spectra of (Mg, Fe)2SiO4 and Mg2GeO4 with olivine and spinel structures. Phys. Chem. Miner., 13(2), 91-95. https://doi.org/10.1007/BF00311898
  16. Huang E., Chen C.H., Huang T., Lin E.H., Xu J.A. (2000) Raman spectroscopic characteristics of Mg-Fe-Ca pyroxenes. Amer. Miner., 85(3-4), 473-479. https://doi.org/10.2138/am-2000-0408
  17. Ishibashi H., Arakawa M., Yamamoto J., Kagi H. (2012) Precise determination of Mg/Fe ratios applicable to terrestrial olivine samples using Raman spectroscopy. J. Raman Spectroscopy, 43(2), 331-337. https://doi.org/10.1002/jrs.3024
  18. Kalugina A.D., Zedgenizov D.A. (2021) Micro-Raman Spectroscopy Assessment of Chemical Compounds of Mantle Clinopyroxenes. Minerals, 10(12), 1084. https://doi.org/10.3390/min10121084
  19. Kolesov B.A., Geiger C.A. (1998) Raman spectra of silicate garnets. Phys. Chem. Miner., 25(2), 142-151. https://doi.org/10.1007/s002690050097
  20. Kolesov B.A., Geiger C.A. (1997) Raman scattering in silicate garnets: an investigation of their resonance intensities. J. Raman Spectroscopy, 28(9), 659-662. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4555(199709)28:93.0.CO;2-7
  21. Kuebler K.E., Jolliff B.L., Wang A., Haskin L.A. (2006) Extracting olivine (Fo-Fa) compositions from Raman spectral peak positions. Geochim. Cosmochim. Acta, 70(24), 6201-6222. https://doi.org/10.1016/j.gca.2006.07.035
  22. McKeown D.A., Bell M.I., Caracas R. (2010) Theoretical determination of the Raman spectra of single-crystal forsterite (Mg2 SiO4). Amer. Miner., 95(7), 980-986. https://doi.org/10.2138/am.2010.3423
  23. McMillan P. (1984) Structural studies of silicate glasses and melts-applications and limitations of Raman spectroscopy. Amer. Miner., 69(7-8), 622-644.
  24. McMillan P.F., Hofmeister A.M. (1988) Infrared and Raman spectroscopy. Rev. Mineral. Geochem., 18, 99-159. https://doi.org/10.1016/c2010-0-68479-3
  25. Mernagh T.P., Hoatson D.M. (1997) Raman spectroscopic study of pyroxene structures from the Munni Munni layered intrusion, Western Australia. J. Raman Spectroscopy, 28(9), 647-658. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4555(199709)28:93.0.CO;2-H
  26. Mingsheng P., Dien M.L., Chao E.C.T. (1994) Raman spectroscopy of garnet-group minerals. Chinese J. Geochem., 13(2), 176-183. https://doi.org/10.1007/BF02838517
  27. Moore R.K., White W.B., Long T.V. (1971) Vibrational spectra of the common silicates: I. The garnets. Amer. Miner., 56(1-2), 54-71.
  28. Prencipe M., Maschio L., Kirtman B., Salustro S., Erba A., Dovesi R. (2014) Raman spectrum of NaAlSi2O6 jadeite. A quantum mechanical simulation. J. Raman Spectroscopy, 45(8), 703-709. https://doi.org/10.1002/jrs.4519
  29. Rutstein M.S., White W.B. (1971) Vibrational spectra of high-calcium pyroxenes and pyroxenoids. Amer. Miner., 56(5-6), 877-887.
  30. Schulze D.J. (2003) A classification scheme for mantle-derived garnets in kimberlite: a tool for investigating the mantle and exploring for diamonds. Lithos, 71(2-4), 195-213. https://doi.org/10.1016/S0024-4937(03)00113-0
  31. Shatsky V.S., Zedgenizov D.A., Ragozin L.A., Kalinina V.V. (2015) Diamondiferous subcontinental lithospheric mantle of the northeastern Siberian Craton: Evidence from mineral inclusions in alluvial diamonds. Gondwana Res., 28(1), 106-120. https://doi.org/10.1016/j.gr.2014.03.018
  32. Shirey S.B., Cartigny P., Frost D.J., Keshav S., Nestola F., Nimis P., Walter M.J. (2013) Diamonds and the geology of mantle carbon. Rev. Mineral. Geochem., 75(1), 355-421. https://doi.org/10.2138/rmg.2013.75.12
  33. Smith D.C. (2015) The RAMANITA1© method for non-destructive and in situ semi-quantitative chemical analysis of mineral solid-solutions by multidimensional calibration of Raman wavenumber shifts. spectrochim. Acta, 61(10), 2299-2314. https://doi.org/10.1016/j.saa.2005.02.029
  34. Sobolev N.V., Fursenko B.A., Goryainov S.V., Shu J., Hemley R.J., Mao H.K., Boyd F.R. (2000) Fossilized high pressure from the Earth's deep interior: The coesite-in-diamond barometer. Proc. National academy of Sciences of the USA, 97(22), 11875-11879. https://doi.org/10.1073/pnas.220408697
  35. Stachel T., Harris J.W. (2008) The origin of cratonic diamonds-constraints from mineral inclusions. Ore Geol. Rev., 34(1-2), 5-32. https://doi.org/10.1016/j.oregeo-rev.2007.05.002
  36. Wang A., Jolliff B.L., Haskin L.A., Kuebler K.E., Viskupic K.M. (2001) Characterization and comparison of structural and compositional features of planetary quadrilateral pyroxenes by Raman spectroscopy. Amer. Miner., 86(7-8), 760-806. https://doi.org/10.2138/am-2001-0703
  37. Zedgenizov D.A., Ragozin A.L., Logvinova A.M., Yurimoto H., Sakamoto N., Kuroda M. (2017) Trace element chemistry of peridotitic garnets in Siberian diamonds. Magmatism of the Earth and related strategic metal deposits: Proc. XXXIV int. Conf. (Ed. by V.A. Zaitsev, V.N. Ermolaeva). Moscow, GEOKHI RAS, 319-321.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Kalugina A.D., Zedgenizov D.A., Logvinova A.M., 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».