Курсовая работа: Термобарогеохимия в изучении кристаллических пород
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.
Количество газово-жидких включений в минералах земной коры столь велико, что вода заключенная в них по объему соизмерима с водой Мирового Океана, а углекислота, плененная во включениях превышает ее содержание в атмосфере. В некоторых образцах гидротермальных минералов их суммарный объем превышает по отношению к минералу-хозяину варьирует от 1 до 5 об. %. Оценочно количество включений в жильных минералах белого цвета (кварц, кальцит) может достигать от 1015 до 109 шт на 1 см3 и зависит от скорости кристаллизации.
В многообразии микровключений выделяютя три разные категории этих образований:
1) Включения минералообразующих сред в виде сингенетических и субсингенетических микросистем растворов и расплавов, материнских для каждого включаещего минерала.
2) Включения окружающих сред, не поставляющих или практически не поставляющих минералообразующих веществ для образования кристаллов или их агрегатов.
3) Твердые включения, захваченные минералами при росте из геохимической среды, в которой они находились или кристаллизовались синхронно с ними.
Термобарогеохимия для точного генетического познания минеральной природы и научно-практических целей широко использует первую категорию включений, так как именно эти включения в течение миллионов и миллиардов лет сохраняют всю основную «наследственную» информацию о происхождении минералов, руд и пород. Изучение этих включений, хранителей «генетической памяти минералов» рассматривается ниже.
Включения окружающей среды консервируются в минеральных образованиях различного генезиса. Так, например, в минералах возгона, образующихся при поствулканической фумарольной деятельности встречаются воздушно-эксгаляционные (смешанные) включения газов. В газе консервируются воздушные включения тропосферы Земли. Включения окружающей среды имеют значение не столько для выявления процессов и явлений минералоообразования, сколько для выяснения состояния окружающей среды, их проявления и развития.
Твердые включения – это включения неминералообразующих сред. В отличие от затвердевших включений расплавов, относящихся к первой категории они, захватывались минералами уже в твердом состоянии, магматические аксцессории, например. Минеральный состав таких аксцессорных включений, выделившихся из расплавов до включающих макроминералов в виде мельчайших зерен, микролитов, иголочек и тончайшей пыли, в известной мере указывает на элементный состав первоначальной магмы и в некоторой степени служит целям выявления ее металлогенической специализации.
Научно-познавательное значение включений неминералообразующих сред связано с выявлением «внутренних» парагенезисов минералов и интерпретацией спектральных и химических анализов мономинеральных фракций.
3.1.1 Информационные ряды и категории включений
Термобарогеохимия с самого начала своего развития использовала для широких генетических выводов микровключения материнских растворов и расплавов, которые приводятся в таблице.
Таблица 1.
| Ряд | Основания для выделения | Классы геохимических систем включения | ||
| I | Агрегатное состояние и генетические показания содержимого вакуолей | 1 Затвердевшие (расплавные – магматические) | 2 Газовые (пневматолитовые) | 3 Водно-жидкие (гидротермальные до холодноводных) |
| II | Относительное время и способ образования | 4 Первичные (сингенетические) | 5 Мнимовторичные (субсингенетические) | 6 Вторичные (эпигенетические) |
| III | Степень гомогенности и информативности совокупности включений |
7 Изначально гомогенные высоко информативные микропорции минералообра- зующих сред | 8 Сопутствующие постгомогенные жидкости или газовые части гетерогенезированных минералообразующих сред | 9 Агомогенные и аномальные включения растворов и расплавов, претерпевшие аномализацию |
По составу и агрегатному состоянию выделяется первый ряд главных классов включений: затвердевших (расплавно-магматических), газовых, характерных для проявлений пневматолиза и водно-жидких (обычно углекисло-водных), насыщающих гидротермальные минералы рудных месторождений.
Второй генетический ряд оказался необходимым для привязки получаемых результатов к относительному времени действия и механизму образования геохимических микросистем, законсервированных в минералах.
Развитие термобарогеохимии в применении к макро и микроприродным объектам магматического происхождения, потребовало для расшифровки некоторых процессов и явлений третьего информативного ряда с выделением в нем гомогенных, сопутствующих и агомогенных (аномальных) включений.
Так в гранитоидных интрузивах разного состава кроме уплотненных газов и общераспространенных затвердевших включений отмечались включения силикатно-водных консервантов, водно-солевых и безводных силикатных жидкостей (расплавов-растворов) с высокими температурами гомогенизации. Их нельзя было истолковать как вторичные образования для каждой данной магматической породы. Также они не отражают процесс ликвации в родоначальной магме, а фиксируют эволюционное развитие процесса кристаллизационной дифференциации в завершающие стадии становления интрузивов. Такие включения получили название сопутствующих включений. Сопутствующие постгомогенные включения предоставляют исследователям значительно более весомый материал для познания эволюции и флуктуаций в минералообразующих средах и определения основных термодинамических параметров завершающей стадии интрузивного процесса, когда фазы расплавов находятся в устойчивом подвижном равновесии друг с другом.
Аномальные включения совсем не пригодны для определения температур и агрегатных состояний растворов. Они по своему химическому составу могут быть расплавно-магматическими, газовыми и жидкими, а по относительному времени возникновения первичными, мнимовторичными и вторичными. Могут возникать синхронно с минералообразованием в результате консервации капелек магмы, уже содержащих твердые микрофазы в виде минералов предшественников, ассимилированных ими. Обычно наблюдаются в виде акцессорных минералов в породах и рудных жилах. Субсинхронно аномальные включения образуются в результате перенаполнения полостей включений по возрожденным микротрещинам. Постгенетически они возникают в результате полного или частичного разрушения вакуолей, часто с образованием ореола «дочерних» включений с резко нарушенными соотношениями фаз.
3.1.2 Агрегатные состояния, состав и генетические показания содержимого вакуолей
Твердые фазы минералов-узников наиболее характерно для образований магматического происхождения – затвердевших и остаточно-магматических кристаллофлюидных включений. Жидкие фазы доминируют в вакуолях гидротермальных минералов и представлены высоко- или слабоконцентрированными источниками, иногда коллоидными растворами. Такие растворы, очень разнообразны по плотности, насыщены солями и газами, главным образом углекислотой, сероводородом.