Метод гомогенизации газово-жидких включений в минералах

Изложены методические рекомендации по основному методу термобарогеохимии — методу гомогенизации газово-жидких включений. Приведены основы метода, описана нестандартная аппаратура, способы ее изготовления, техника исследования включений в минералах, методика отбора образцов и изготовления препаратов. Даны рекомендации по определению температуры гомогенизации различных генетических типов включений и метрологическому обеспечению метода.

Методические рекомендации предназначены для геологов, геохимиков и минералогов производственных геологических организаций»

Термобарогеохимия изучает минералообразующие растворы и расплавы во включениях минералов, выявляет физико-химические и термодинамические режимы формирования эндогенных месторождений и горных пород. Объектом исследования термобарогеохимии служат разнообразные по составу и агрегатному состоянию включения, широко распространенные в минералах месторождений пневматолитового и гидротермального происхождения, меньше — в минералах эффузивных и интрузивных пород. С помощью различных методов и приемов по включениям выявляются истинные и относительные температуры роста минералов, давление минералообра-зующей среды и концентрации тех растворов, из которых кристаллизовались минералы. Полученная информация позволяет оценить процесс формирования эндогенных месторождений, способствует выяснению закономерностей пространственного расположения руд и служит основой для целенаправленного ведения поисково-разведочных работ и прогнозирования оруденения, особенно не выходящего на дневную поверхность.

Главным в термобарогеохимии является минералотермо-метрический анализ, предусматривающий детальное изучение газово-жидких и расплавных включений под микроскопом в статическом состоянии и в специальных устройствах при их нагревании (метод гомогенизации) и охлаждении (метод криометрии). Метод гомогенизации газово-жидких включений в минералах возник в 40-х годах. Основоположником метода и термобарогеохимии — новой отрасли науки — признан профессор МГУ Н. П. Ермаков. Нагревание минералов с включениями под микроскопом выполняется в термостоликах, а, охлаждение— в криокамерах. Наиболее удобен в работе крио-термостолик, позволяющий исследовать под микроскопом одно и то же включение как при нагревании до +600°, так и в от рицательной области температур вплоть до —195°.

Включения изучаются в специальных  препаратах — двух сторонне-полированных пластинках, а в минералах, обладаю щих   хорошей   спайностью,—в   плоскопараллельных   зернах без предварительной  обработки.   Под  микроскопом в подобных-  препаратах    выясняются    особенности   распределения включений,  их  морфология,    генетическая   принадлежность Описываются    агрегатное   состояние   фаз, содержащихся boi включениях, их соотношение и т. д.

При нагревании в термостолике исследуется динамика изменения фаз, определяются присутствие жидкой углекислоты и температура ее гомогенизации, а также тип гомогенизации (в газовую или жидкую фазы), что важно для оценки количества С02 во включениях.

Данные, полученные с помощью метода гомогенизации, могут успешно использоваться в практике геологоразведочных работ. При измерении температуры гомогенизации включений в минералах рудных парагенезисов определяется температурный диапазон продуктивного рудообразования. Промышленные руды формируются в небольшом интервале температур. Этот фактор учитывается при оценке рудных полей и рудопроявлений на глубину и т. д.

При составлении рекомендаций использованы опубликованные работы Н. П. Ермакова и других исследователей и опыт создания лабораторной базы и ведения определительских работ в ИГН им. К.И.Сатпаева АН КазССР.

Основное назначение методических рекомендаций — оказание помощи в организации термобарогеохимичееких подразделений в производственных организациях Министерства геологии Казахской ССР и в освоении метода гомогенизации газово-жидких включений с целью последующего использования результатов измерения температуры при решении практических задач.

Работа выполнена в секторе редких металлов ИГН им. К.И.Сатпаева АН КазССР по заданию Мингео КазССР, в соответствии с решением школы-семинара (приложение 9) и утверждена министром геологии Казахской ССР С.Е.Чакабаевым.

При подготовке рекомендаций учтены ценные советы и критические замечания академика АН КазССР Г.Н.Щербы и профессора Н.П.Ермакова, за что автор искренне им благодарен.

Газово-жидким включением называется герметически изолированное в минерале пространство, заполненное при комнатной температуре либо только жидкостью, либо только газом или жидкостью и газом в различных объемных соотношениях и нередко с твердой фазой в виде разных по составу минералов.Образуются газово-жидкие включения в процессе роста минералов (первичные и мнимовторичные включения) или же после их окончательной кристаллизации, локализуясь в тончайших залеченных трещинках (вторичные включения). В обоих случаях во включениях герметизируются минералооб-разующие растворы. Только в первом случае минерал при росте захватывал микропорции растворов, из которых он кристаллизовался. Во втором случае во включениях консервировались растворы, не имеющие отношения к росту минерала, в котором они располагаются, но характеризующие более поздние условия минералообразования изучаемой парагене-тической группы минералов.Газово-жидкие включения широко распространены в минералах гидротермального и пневматолитового происхождения. Содержание включений в минералах огромно. Все прозрачные минералы чаще мутные или молочно-белого или серого цвета от присутствующих в них газово-жидких включений. В 1 см3 кварца, по оценке некоторых исследователей, содержится 1-Ю9—1-Ю15 включений. От присутствия газово-жидких включений плотность кварца может снизиться с 2,65 до 2,42 г/см3.С выходом в свет в 1950 г. работы Н.П.Ермакова «Исследование минералообразующих растворов» возникла новая отрасль науки — термобарогеохимия.Основным постулатом метода гомогенизации является поожение о том, что кристаллизация минералов происходит из первично-гомогенных растворов. Согласно законам физики, после герметизации в минерале включения с исходным первично-гомогенным раствором по мере снижения температуры в нем наступит гетерогенизация раствора с обособлением жидкости и газовой фазы. Явление гетерогенизации возникает в результате существенного различия коэффициентов объемного расширения раствора включения и минерала, в котором расположено газово-жидкое включение.Если обычно гетерогенное при комнатной температуре включение вновь нагревать, то при определенной, характерной только для данного включения температуре будет достигнуто гомогенное состояние раствора. Температура, при которой фиксируется переход из гетерогенного состояния в гомогенное, называется температурой гомогенизации (Ттоа).Процесс гомогенизации и последующей гетерогенизации каждого включения можно повторять неограниченное количество раз и при этом температура гомогенизации при каждом нагреве будет неизменна, что доказывает, во-первых, непроницаемость минералов и, во-вторых, отсутствие утечки содержимого газово-жидких включений.Если исходный, первоначально гомогенный раствор во включении был высококонцентрированным, то его охлаждение приведет к снижению растворимости солей, содержащихся в жидкой фазе включения, а затем и к их пересыщению, что вызовет- кристаллизацию в полости включения обычно прекрасно ограненных кристалликов растворимых минералов, которые при нагревании вновь растворяются.Температура гомогенизации является минимальной температурой образования минерала, близкой к истинной температуре минералообразования для тех минералов, кристаллизация которых происходила на малых и средних глубинах при невысоких давлениях минералообразующей среды. Результаты измерения Тгом включений используются для выявления изменений температурного режима в процессе образования отдельного минерала, жилы, всего месторождения или минерализованной зоны в пространстве и во времени, а также для решения прикладных задач при поисках и разведке эндогенного оруденения.