авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Генезис кальцита дальнегорских скарновых месторождений и гипергенного кальцита карстовых полостей по данным изотопного состава углерода

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

САДЫКОВ Сергей Ахматович

ГЕНЕЗИС КАЛЬЦИТА ДАЛЬНЕГОРСКИХ СКАРНОВЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ГИПЕРГЕННОГО КАЛЬЦИТА

КАРСТОВЫХ ПОЛОСТЕЙ ПО ДАННЫМ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА УГЛЕРОДА

Специальность 25.00.09 Геохимия, геохимические

методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург

2010

Работа выполнена в Институте минералогии УрО РАН

Научный руководитель

доктор геолого-минералогических наук, чл.-корр. РАН

Анфилогов Всеволод Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук

Козлов Александр Владимирович

кандидат геолого-минералогических наук

Лохов Кирилл Игоревич

Ведущее предприятие - Институт геологии Коми НЦ УрО РАН

Защита диссертации состоится 10 декабря 2010 г. в 16:00 на заседании диссертационного совета Д 212.224.04 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. 4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В. Плеханова (технического университета).

Автореферат разослан 09 ноября 2010 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета,

доцент Ю.Л. Гульбин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Карбонаты широко распространены в магматических, метаморфических, гидротермальных и гипергенных минеральных ассоциациях. Изотопный состав углерода в карбонатах существенным образом зависит от изотопного состава углерода в источниках, из которых он поступает в зоны отложения. Кроме того, углерод является легким элементом и при образовании карбонатов возможно заметное фракционирование его изотопов. Все это позволяет использовать изотопный состав углерода в карбонатах как важный геохимический индикатор минералообразующих процессов, протекающих в широком диапазоне температур и давлений.

Цель работы – установление источников углерода, определяющих изотопный состав кальцита, и процессов фракционирования изотопов во время кристаллизации на основе изучения изотопного состава углерода в кальцитах датолитового и полиметаллических месторождений Дальнегорского района и в карбонатных спелеотемах, образованных в гипергенных условиях.

Задачи исследования:

  1. Определение изотопного состава углерода в кристаллах разных генераций кальцита датолитового и полиметаллических месторождений Дальнегорского района, а также в натечных карбонатных образованиях.
  2. Установление природы вариаций изотопного состава углерода в исследуемых объектах.
  3. Построение моделей, определяющих состав изотопов углерода в этих объектах.

Фактический материал и методы исследования. Фактической основой для написания диссертации послужили материалы, собранные автором в 2004–2009 гг. при выполнении работ в рамках исследований по государственной теме «Исследование распределения изотопов углерода в природных карбонатных системах с различными совмещенными источниками углерода» (№ 01.2.00702437), а также материалы, переданные автору сотрудниками Института минералогии УрО РАН.

Были изучены разные генерации кальцита из датолитового и полиметаллических месторождений Дальнегорского района Приморского края, гипергенные натечные карбонаты из пещер Чудесница Пермский край и около г. Дальнегорска. Исследовался техногенный сталагмит из подвала школы в п. Шадейка Пермского края. Определялся изотопный состав углерода в элементах анатомии восьми кристаллов кальцита разной морфологии датолитового месторождения.

Основным методом исследования изотопного состава углерода были измерения изотопных отношений масс-спектрометрическим способом (IRMS). Измерения проводились на масс-спектрометре Deltaplus Advantage фирмы ThermoFinnigan, в лаборатории экспериментальной минералогии и физики минералов Института минералогии УрО РАН. Ошибка измерений изотопных отношений составляла 0.07 ‰, PDB.

Автор участвовал в полевых работах, выполнял отбор образцов, осуществлял подготовку проб к изотопному анализу, принимал участие в измерениях.

Научная новизна. 1. Изучено распределение изотопов углерода в различных генерациях кальцита Дальнегорских полиметаллических и датолитового месторождений. Кальцит Дальнегорского датолитового месторождения и высокотемпературный кальцит кварц-кальцит-полиметаллических руд образуется при разложении волластонита и геденбергита, которое сопровождается интенсивным фракционированием изотопов углерода, благодаря чему кальцит приобретает облегченный изотопный состав. 2. Показано, что изотопный состав углерода низкотемпературных кальцитов этих месторождений формируется из двух источников: углекислоты воздуха, которая растворена в подземных водах, и углекислоты вмещающих известняков. 3. Установлены значимые вариации изотопного состава углерода на разных гранях кристаллов низкотемпературных генераций кальцита Дальнегорских месторождений.

Практическая значимость. Впервые предложена модель изменения изотопного состава углерода при образовании кальцита в процессе образования Дальнегорских полиметаллических и датолитового месторождений. Она может быть использована для оценки физико-химических условий образования сульфидной минерализации на этих и аналогичных месторождениях.

Защищаемые положения:

  1. Основная масса кальцита Дальнегорских месторождений образовалась при взаимодействии волластонита с насыщенными углекислотой подземными водами и при замещении геденбергита кварцем и кальцитом.
  2. Экспериментально установлено, что в процессе образования кальцита при взаимодействии гидроксида кальция с углекислотой происходит интенсивное обогащение кальцита легким изотопом углерода.
  3. Изотопный состав углерода высокотемпературного кальцита кварц-карбонат-полиметаллических месторождений и низкотемпературного кальцита датолитового месторождения обусловлен фракционированием изотопов при минералообразовании.
  4. В элементах анатомии кристаллов и в натечных формах кальцита наблюдаются значимые вариации изотопных отношений 13С/12С, обусловленные поступлением углекислоты из разных источников.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликована 21 научная работа, в том числе 2 работы в журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России. Основные защищаемые положения докладывались на 2-х симпозиумах по геохимии изотопов имени академика А.П. Виноградова (Москва, 2004, 2007), XV Российском совещании по экспериментальной минералогии (Сыктывкар, 2005), 2-х международных студенческих школах «Металлогения древних и современных океанов» (Миасс, 2005, 2006), научных семинарах «Минералогия техногенеза» (Миасс, 2007, 2008), XVI Международном совещании «Кристаллохимия и рентгенография минералов» (Миасс, 2007), III съезде Всероссийского масс-спектрометрического общества (Москва, 2007), V Всероссийском совещании «Минералогия Урала» (Миасс, 2007), Международном симпозиуме «Moscow International Symposium on Magnetism» (Москва, 2008), IV Международной конференции «Высокоспиновые молекулы и молекулярные магнетики» (Екатеринбург, 2008), XIV чтения памяти А. Н. Заварицкого «Петрогенезис и рудообразование» (Екатеринбург, 2009).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Содержит 111 страниц текста, 69 рисунков, 6 таблиц. В списке литературы 104 наименования.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, приведены сведения о методах и исходных материалах для их решения, дана оценка научной новизны и практической значимости результатов работы, приведены сведения об изученности данной проблематики. В первой главе приведен очерк изученности проблемы, рассмотрены существующие модели изменения изотопного состава углерода. Во второй главе описывается методика отбора проб, пробоподготовка и процедура измерения отношения стабильных изотопов (IRMS) на приборе Deltaplus Advantage. Третья глава посвящена исследованию изотопного состава углерода на гидротермальных месторождениях Дальнегорска, фракционированию изотопов углерода в экспериментах при образовании кальцита и кристаллов соды, сравнению экспериментальных данных автора и других исследователей. В четвертой главе приводятся данные по изотопному составу углерода в элементах анатомии кристаллов кальцита. В пятой главе рассмотрены экспериментальные данные по изучению изотопного состава в натечных формах природных и техногенных объектов. В заключении подводится итог исследования и сделаны выводы об источниках углерода в исследованных образцах.

Благодарности. Автор глубоко благодарен своему научному руководителю – член-корреспонденту РАН, профессору, доктору геолого-минералогических наук Всеволоду Николаевичу Анфилогову за постоянное внимание, ценные советы и помощь, как материальную, так и моральную. Выражаю благодарность сотрудникам Института минералогии д.г.-м.н. В. В. Масленникову, д.г.-м.н. Е. В. Белогуб, к.г.-м.н. К. А. Новоселову, к.г.-м.н. В. И. Поповой, к.г.-м.н. И. Ю. Мелекесцевой, к.г.-м.н. И. А. Муфтахову, к.г.-м.н. С. С. Потапову, к.ф.-м.н. А. А. Осипову, д.г.-м.н. В. А. Попову, к.г.-м.н. Е. П. Щербаковой и к.г.-м.н. Т. П. Нишанбаеву и другим коллегам за помощь в исследованиях, консультации, критические замечания и поддержку. Огромная благодарность моей жене Р. З. Садыковой за возможность заниматься любимым делом.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

1. Основная масса кальцита Дальнегорских месторождений образовалась при взаимодействии волластонита с насыщенными углекислотой подземными водами и при замещении геденбергита кварцем и кальцитом.

Дальнегорское датолитовое месторождение локализовано в крупном скарновом массиве, образованном при скарнировании блока морских известняков. Основной объем скарнового тела сложен волластонитом и геденбергитом. На контакте известняков с силикатными породами развивается гранатовый скарн, представленный гранатом гроссуляр-андрадитового ряда (Малинко, Носенко, 1990; Щеглов, Говоров, 1985; Говоров, 1976; Малинко, 1992; Малинко и др., 1982, 1987, 1994; Устинов и др., 1980; Борщевский и др., 1974; Лисицын, Малинко, 1982; Киселев и др., 1989; Хетчиков и др., 1991).

Образование кальцита и кварца по волластониту происходит при его взаимодействии с насыщенными углекислотой подземными водами (Семенов и др. 1987, Helgeson et al, 1978):

СаSiО3 + Н2СО3 = CaCO3 + SiO2 +Н2О (1).

Образование низкотемпературного кальцита проходило с участием углекислоты, источником которой были вмещающие известняки.

В Дальнегорском районе установлены два типа свинцово-цинковых месторождений: скарново-полиметаллические, локализованные в известняках, и жильные кварц-полиметаллические, залегающие в силикатных породах (Радкевич и др., 1960; Краснов и др., 1984; Булавко, 1984 Добровольская и др., 1993; Мозгова, Бородаев, 1995; Симаненко, 2006; Рогулина, Свешникова, 2008; Волохин, Иванов, 2007; Казаченко и др., 2006). Основная масса свинцово-цинковых руд сосредоточена в пределах инфильтрационных скарновых тел, образованных путем замещения известняка геденбергитом (Добровольская и др., 1993; Рогулина, Свешникова, 2008). Руды представлены скоплениями крупнокристаллического галенита, сфалерита и реже халькопирита, которые ассоциируют с крупнокристаллическим кальцитом и кварцем. Образование кристаллов кальцита происходило на всех стадиях, кроме самой высокотемпературной (550–380°С) (Добровольская и др. 1993). При высоких температурах карбонатные минералы замещаются минералами скарна, а при понижении температуры происходит обратный процесс.

Замещение геденбергита описывается реакциями:

СаFeSi2O6 + 2H2O = Ca(OH)2 + Fe(OH)2 + 2SiO2

Са(ОН)2 + Н2СО3 = СаСО3 + 2Н2О (2).

При замещении геденбергита гидроксид кальция присутствует как промежуточный продукт реакции. В обоих случаях образования кальцита происходит взаимодействие силикатов с углекислотой, основным источником которой явились известняки.

2. Экспериментально установлено, что в процессе образования кальцита при взаимодействии гидроксида кальция с углекислотой атмосферы происходит интенсивное обогащение кальцита легким изотопом углерода.

В природных условиях происходит образование карбонатов при взаимодействии оксидов и гидроксидов металлов с насыщенными углекислотой подземными водами и с атмосферной СО2.. Для того чтобы оценить фракционирование изотопов углерода в этих процессах, нами изучен процесс взаимодействия гидроксида кальция с углекислотой воздуха:

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + H2O (3)

Гидроксид кальция был получен путем прокаливания при температуре 1000 оС природного известняка и химически чистого карбоната кальция и последующего взаимодействия СаО с избытком Н2О. Суспензия гидроксида кальция наносилась тонким слоем на стеклянную пластинку; пластинка в течение 500–700 часов выдерживалась на воздухе. Исходными материалами для получения гидроксида кальция были – химически чистый кальций углекислый, кристалл кальцита и известняк. Использование данных веществ связано с выяснением влияния примесей на изотопный состав новообразованного кальцита.

Изотопный состав новообразованного кальцита имеет следующие значения: –29.02 ‰. PDB (1 обр., исх. в-во – ХЧ CaCO3), –26.93 ‰. PDB (2 обр., исх. в-во – кристалл кальцита) и –26.92 ‰. PDB (3 обр., исх. в-во – известняк из Дальнегорска). Вариации значений изотопных отношений вызваны разной степенью завершения реакции взаимодействия Са(ОН)2 с СО2. Эксперимент происходил в системе с неограниченным источником углекислого газа. Образование кальцита происходило в кинетическом режиме. Такой режим привел, во-первых, к неполной завершенности процесса образования, во-вторых, не было завершено изотопное уравновешивание между атмосферным СО2 и новообразованным кальцитом.

Таким образом, опыты показали, что процесс образования кальцита из гидроксида кальция сопровождается интенсивным фракционированием изотопов углерода, и кальцит, образованный при взаимодействии гидроксида с углекислотой воздуха, оказывается сильно обеднен изотопом 13С.

Дополнительно к экспериментам детально изучен образец антропогенного сталагмита. Среднее значение 13C по образцу составляет –30.18 ‰, PDB. Наблюдаются вариации 13C от –31.86 до –28.79 ‰, PDB. Источником углерода для образования сталагмита служил атмосферный углекислый газ. Известно, что содержание изотопов углерода в воздухе 13C = –7 –10 ‰, PDB (Галимов, 1966; Кулешов, 1986), то есть при образовании сталагмита произошло значительное облегчение изотопного состава углерода.

3. Изотопный состав углерода высокотемпературного кальцита кварц-карбонат-полиметаллических месторождений и низкотемпературного кальцита датолитового месторождения обусловлен фракционированием изотопов при минералообразовании.

Для определения источников изотопов углерода в кальците рудных тел был исследован изотопный состав углерода известняков (табл. 1). Было отобрано 12 образцов из крупных блоков известняка, расположенных в разных частях Дальнегорского рудного района, в том числе и в рудных телах из контактов известняка со скарном. Изотопный состав Дальнегорских известняков соответствует изотопному составу морских карбонатов.

Таблица 1

Содержание изотопов углерода в известняках

Номер образца Место отбора пробы. Описание образца 13С ‰, PDB
АД-06-15 Рудник Верхний, тонкозернистый известняк +0.41
АД-01-1 2-й Советский рудник. Известняк с тонкими кальцитовыми жилками –1.84
АД-06-27 2-й Советский рудник. Известняк мраморизованный с жилками кальцита и кварца –0.63
АД-06-04 Ключ Больничный. Органогенный известняк. –0.92
АД-06-12 Карьер Датолитовый. Известняк в контакте с дайкой порфирита –0.51
АД-06-13 Карьер Датолитовый. Известняк-ракушечник –1.62
АД-06-08 Карьер Датолитовый. Мраморизованный известняк +2.01
АнТ-2 Известковый карьер. Пос. Мономахово. Известняк –1.90
АД-06-41 Ключ Больничный. Обломок известняка в ониксе –0.36
AнT-3 Керн, органогенный известняк Известковый карьер. Пос. Мономахово –1.55
АД-06-42-1 Известняк, контакт с базальтовой дайкой, м. "Бор" –0.63
АД-06-28 Николаевское месторождение. Известняк в контакте с сульфидной рудой –2.00


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.