Аннотация
В работе рассматривается проблематика исследования газово-жидких включений в минералах горных пород различного эндогенного генезиса. Предложены методы и режимы термобарогеохимического анализа включений, в результате чего была получена информация о температуре, давлении и составе магматического расплава и флюидов. Кратко предложена техника динамических экспериментов и анализов этих микрообъектов минеральной природы. В результате изучения обобщенных данных были получены следующие результаты:
1) Был приведен и оценен весь комплекс имеющихся знаний и методов в области исследования.
2) Приведены исследования проводимые в ИГМ СО РАН по проблематике термобарогеохимии.
3) Приводится пример уточнения генезиса месторождения путем термобарогеохимических исследований на примере золоторудного месторождения «Советское»
Abstract
Problem of the study gas-fluid inclusions is considered in work in mineral of the mountain sort’s different endogenic genesis. The offered methods and modes thermobarogeochemistry analysis of the inclusions with the result that is received information on the temperature, pressure and composition magmatic melt and fluids. Is it briefly offered technology dynamic experiment and analysis these microobjects mineral nature. As a result of studies generalised data were received following results:
1) Was brought and evaluated whole complex of the available knowledge’s and methods in the field of studies.
2) Is Brought studies conducted in IGM Siberian Branch to Academies of the Sciences on problem of thermobarogeochemistry.
3)An example of refinement of the genesis of the deposit by termobarogeochemistry study on the example of gold mining "Sovietskoe"
1. Введение
Материал для курсовой реферативной работы подобран на основе использования литературы научной библиотеки Новосибирского Государственного Университета, литературы библиотеки Института Геологии и Минералогии СО РАН. В основе работы лежат результаты исследований, проводимы в ИГМ СО РАН в течение 30 лет.
Термобарогеохимия – наука, возникшая на стыке геохимии и динамики глубинных минералообразующих процессов. Своей целью ставит изучение различных вакуолей в минералах, заполненных микропорциями первичных растворов и расплавов, называемых газово-жидкими и затвердевшими включениями. Научное значение термобарогеохимии по включениям состоит в выявлении взаимодействия геохимической и геологической среды, минералогической термобарометрии, агрегатных состояний, геохимии минералообразующих растворов, а кроме того, в рассмотрении вопросов металлогении руд и петрологических аспектов кристаллических пород.
Прикладное значение представлено новыми термобарогеохимическими методами поисков эндогенных рудных тел, оценкой качества металлургического и строительного минерального сырья и исходными данными для получения редких кристаллов и аморфных веществ.
В работе приводится информация о чертах и свойствах объектов изучения в свете динамики глубинных процессов и явлений минералообразования касающихся магматического, метаморфических и гидротермальных процессов, так и о методиках проведения термобарогеохимических исследований. Характеризуются условия образования кристаллизации магматических и метаморфических пород в термобарогеохимических параметрах, установленных по включениям в минералах. В частности приводятся смоделированные баротермические условия образования импактитов Земли и Луны. Устанавливается связь с другими науками. Анализируется комплекс методов термобарогеохимии, проводимый в ИГМ СО РАН.
В результате написания работы автор приобрел теоретические знания по проблематике восстановления баротермической обстановки путем изучения рядов, классов и видов газово-жидких включений (далее ГЖВ), ознакомился с методикой проведения научно-исследовательских работ, в частности изучения термобарогеохимии метаморфических пород: мигматитов, анатектитов, пород амфиболитовой и гранулитовой фаций. Была рассмотрена и приведена в работе история развития термобарогеохимии как науки. В процессе написания работы автором были освоены приемы обобщения и краткого изложения научных знаний.
2. Исторический обзор
Название «термобарогеохимия» было предложено Н. П. Ермаковым на I международном симпозиуме по включениям растворов и расплавов в Праге и утверждено в 1970 г. На II Международном совещании Комиссии по рудообразующим флюидам во включениях (Токио 1971 г.).
Термобарогеохимия сформировалась впервые как важная научная отрасль в СССР. В дальнейшем она получила широкое применение в теории рудообразования и в практике поисково-разведочных работ.
В XIX веке дискуссии о возможном значении газово-жидких включений, обусловленные многочисленными заблуждениями и очень слабой техникой термометрических экспериментов (водные или парафиновые ванночки) Д. Брюстера и Г. Дэви, привели к почти полной утрате интереса к этим очень распространенным и генетически информативным микроконсервантам в минералах пород и руд. Наработки Г. Сорби в исследовании включений методом гомогенизации не были оценены современниками и не обеспечили перелома в понимании их значения
Метод криометрии был пирименен впервые итальянким ученым Г. Специа в 1907 г.
В СССР первые термодинамические исследования газово-жидких включений в природных минералах относятся к началу 40-х годов. Под руководством В.И. Вернадского, А.Е. Ферсмана, И.Ф. Григорьева, В. М. Крейтера в 1941 г. В СССР был сконструирован микроскоп, оснащенный термокамерой и обладающий новым конвективным типом передачи тепла к препарату в замкнутом объеме воздушной среды термокамеры.
С помощью этого прибора появилась возможность нагревать газово-жидкие включения до 450° и выше, что обеспечило выявление двух разных типов гомогенизации, характерных для гидротермального и пневматолитового минералообразования. В 1949 г. Н.П. Ермаковым была опубликована книга «Критерии познания генезиса минералов и среда рудообразования». В издании публиковались направления зарождающейся новой отрасли знаний. Так были квалифицированы по составу и состоянию заполнения вакуолей, по относительному времени и способу консервации в них растворов и расплавов включения минералообразующих сред.
Начало 50-х годов характеризовалось дисскусиями по экспериментам. Сомнениям подвергались высокие надкритические (более 374° С) значения температур гомогенизации включений в гидротермальных минералах и их различия для разных зон роста кристаллов.
Но в спорах рождается истина! С 1951 г. Наблюдается бурное развитие термобарогеохимии. Расширялось понимание ее значения для науки и практики, а также признание в научных кругах. Кандидатские диссертации по проблематике термобарогеохимии защитили В.Ф. Лесняк Е.И. Вульчин, М.О. Клия, Ю.А. Долгов, Л.И. Колтун, Р.Ф. Сухорский, А.И. Захарченко, В.А. Калюжный, П.В. Клевцов. Е.М. Лазько – защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук с широким использованием включений для генетических выводов.
В 50-х годах разрабатывались новые техники разносторонних исследований, установление на отдельно взятых месторождениях палеотемпературных стадий и зональности проявления эндогенного рудообразования. Развивались декрепитационные испытания и аналитические методы изучения состава и концентраций растворов во включениях.
Следует отметить, что в это время зародилось и стало активно применяться практическое использование включений в природных кварцах при организации гидротермального выращивания горного хрусталя в лабораторных и промышленных условиях, а также воспроизведение газово-жидких включений в искусственных кристаллах. Это рассеяло многие сомнения в минералогической термометрии и при определении химического состава. В 60- е 70-е годы нарастал поток информации по термобарогеохимическим исследованиям. Итоги и решения проводившихся тогда республиканских и Всесоюзных совещаний публиковались или в сборниках трудов или в периодических изданиях.
Лабораторная база в 60-е годы составила 80 лабораторий и лабораторных ячеек, однако, новейшее по тем временам оборудование имелось только в восьми из них.
В 80-е годы наметились недостатки в развитии термобарогеохимии в СССР. Они были как объективными так и субъективными.
К первым относилось отсутствие унифицированного оборудования лабораторий и лабораторных ячеек, предназначенного для гомогенизации и криометрии включений. Также не были стандартизированы методы исследования состава содержимого включений как жидкостей так и газовых фаз.
Недостатки субъективного характера связаны с отклонениями от установленных исследовательских норм и подходов к исследованиям включений, что приводило порой к серьезным ошибкам при интерпретировании физико-химических условий образования того или иного минерала или горной породы.
Резкое ослабление финансирования термобарогеохимических исследований в 90-е годы привело к упадку в этой очень перспективной отрасли геологической науки. В последнее десятилетие благодаря новейшим методикам исследований, таким как например, масс-спектроскопия с лазерной абляцией, термобарогеохимия продолжила свое развитие.
3. Современные знания в области термобарогеохимии
3.1 Понятие о включениях
Под включением обычно понимают участок кристалла, вещественно не входящий в его закономерную структуру, герметически изолированный в процессе роста минерала-хозяина и имеющий с ним фазовую границу (газово-жидкие включения).
Мир микровключений предоставил геологии широкие возможности развития и новых открытий, обеспечив принципиально новыми источниками информации.
Все минералы в процессе кристаллизации консервировали микрокапли материнской среды, из которой происходил их рост. Этой средой являлись или расплавы или минералообразующие газовые и водно-жидкие растворы.
Средние размеры включений любой среды, использующиеся для исследований, варьируют в пределах 0,01 – 0,1 мм. Чем крупнее их величина, тем легче они поддаются изучению под микроскопом, а также экспериментальным и аналитическим исследованиям. Включения более 1 мм в поперечнике встречаются очень редко, а уникальные по размерам вакуоли, заполненные растворами имеют объем 0,5 – 1 см3. Минимальные размеры вакуолей включений, установленные под электронным микроскопом, составляют 2*10-5 мм. Форма их вакуолей крайне разнообразна: от объемных субизометрических, негативно-ограненных или полуограненных, до шарообразных и трубообразных. Она зависит в большей мере от структуры включающего кристалла и от механизма образования самой вакуоли. Очень часто в залеченных микротрещинах встречаются уплощенно-округлые или неправильные до амебовидных включения, форма которых не подчинена кристаллографическим закономерностям образования минералов.