XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Термометрия гранатосодержащих ассоциаций месторождений Хитоостров и Еловый наволок

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Рубцов А.Р. 1

---

1МУДО ЦДО "МАН Импульс"

Ковальская Т.Н. 1

---

1ИЭМ РАН; МУДО ЦДО "МАН Импульс"

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность. Термометрические исследования могут проводиться методами минералогической термометрии. Определение древних (палео) Т и Р минералообразования в ранее образованных породах и минералах различного происхождения является важным методом исследования. Определение температуры формирования различных рудных месторождений, кристаллизации отдельных минералов и т.д. – один из поисковых критериев. Изучение процессов минералообразования позволяет прогнозировать месторождение тех или иных полезных ископаемых.

В своей работе я на основании данных о составе совместно кристаллизующихся минералов (граната и биотита) определил температуры образования гранатсодержащих пород месторождений Еловый наволок (с. Шуерецкое) и Хитоостров.

Цель исследования: изучить параметры минералогинеза гранатсодержащих ассоциаций на месторождениях Хитоостров и Еловый наволок (Республика Карелия).

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить литературу по тематике.

2. Отобрать образцы гранатсодержащих пород с месторождений Хитоостров и Еловый Наволок (Республика Карелия).

3. Сравнить минеральный состав.

4. Подготовить образцы к микрозондовому исследованию.

5. Провести исследование.

6. Провести качественный и количественный анализ полученных данных.

Объект исследования: гранатсодержащие ассоциации Хитоострова и Елового наволока

Предмет исследования: минералы гранатсодержащих ассоциаций гранат и биотит.

В пределах восточной части Балтийского щита известно множество самых разнообразных пород с гранатом. Это породы так называемого регионального метаморфизма: гранат-пироксеновые, гранат-плагиоклаз-кварцевые кристаллосланцы (основные и кислые гранулиты), гранатовые амфиболиты и гранат-кианитовые гнейсы, гранат-ставролитовые и гранат-слюдистые сланцы. Кроме разнообразных метасоматитов известны гранатовые разности магматических пород[4]. Гранатовые породы Северной Карелии неоднократно привлекали внимание геологов на протяжении последних десятилетий. Первое описание месторождений граната составлено Н. А. Игнатьевым (1934, 1937). В дальнейшем геологические исследования в этом районе проводили Н. Г. Судовиков (1939), В. И. Лебедев (1959) и др. Поразительной особенностью гранатов из этих месторождений является их зональность, наблюдаемая в гигантских кристаллах непосредственно в обнажениях [2].

Методы исследования:

1. Анализ литературы

2. Микрозондовый анализ

3. Сравнительный анализ полученных результатов

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Характерные особенности гранатов Шуерецкого месторождения Еловый Наволок.

Шуерецкое месторождение гранатов (к которому относятся участки Тербестров, Еловый Наволок и Солохина Луда), открытое еще в 1930х годах [3], считается одним из самых крупных разведанных объектов абразивного граната не только в Карелии, но и в России (рис. 1). [3]. Месторождение расположено в южной части Беломорского подвижного пояса (БПП) в районе устья р. Шуя (рис. 1) и локализовано в метаморфических породах беломорского комплекса [5]. Продуктивные метасоматиты представлены гранатовыми жедрититами и слюдитами среди вмещающих гранатсодержащих гнейсов и амфиболитов. Гранат в метасоматитах присутствует в виде неправильной формы желваковых выделений, реже ограненных кристаллов, доходящих до 25 см в поперечнике. Характерной особенностью гранатов Шуерецкого месторождения является их зональность, морфология и физико-химические параметры формирования гранатовых метасоматитов. Как правило, центральная часть гранатов более железистая, имеет темно-красный цвет, а наружная часть более магнезиальная, с многочисленными включениями кварца и биотита, отличается светло-розовым оттенком. [1].

Также в 1966 году Г. М. Друcова, Ю. В. Никитин и М. В. Терентъева посетили месторождение Еловый Наволок, Солохина Луда и Тербеостров в окрестностях с. Шуерецкого Карельской АССР с целью изучения зональности в гранатах. Месторождения приурочены к беломорскому комплексу архея. Беломорский комплекс представлен в этом районе двуслюдяными, биотитовыми, амфиболовыми и гранато-дистеновыми гнейсами и сланцами, а также амфиболитами, принадлежащими хетоламбинской свите. Как и все породы беломорского комплекса, они интенсивно мигматизированы. Гнейсы и сланцы смяты в узкие складки северо-восточного простирания, часто изоклинальные с крутым падением на юго-восток, и лишь в местах погружения структур появляются северо-западные простирания. Сильно гранитизированные участки характеризуются очень сложной мелкой складчатостью, свидетельствующей о большой пластичности пород в период гранитизации и мигматизации. Вмещающими породами гранатовых месторождений в районе с. Шуерецкого являются граиато-дистено-биотитовые гнейсы и сланцы с прослоями и линзами гранатовых амфиболитов.

По мнению авторов статьи «ЗОНАЛЬНЫЕ ГРАНАТЫ ШУЕРЕЦКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ»(авт. Г. М. Друcова, Ю. В. Никитин и М. В. Терентъева) гранатсодержащие гнейсы и сланцы, так же как и амфиболиты, заключенные в них в виде прослоев, следует относить к метаморфизованным осадочным породам (рис. 4), о чем свидетельствуют их высокоглиноземистый состав, гранобластовые структуры и полосчатые текстуры. Наиболее широко распространены три группы пород: гранато-биотитовые и гранато-амфиболовые плагиогнейсы, гранато-биотито-дпстеновыо сланцы и гранатовые амфиболиты. Реже встречаются плагиогнейсы и амфиболиты с дистепом, ставролитом и жедритом. Гранато-биотитовые гнейсы переслаиваются со сланцами и связаны с ними постепенными переходами. Гранато-амфиболовые гнейсы обнаруживают такие же соотношения с амфиболитами, а иногда представляют собой результат мигматизации и гранитизации амфиболитов.[2].

1.2 Особенности минерального состава месторождения Хитоостров, Республика Карелия

Хитоостров — одно из проявлений апогнейсовых корундсодержащих метасоматитов, сформировавшихся на регрессивной стадии свекофеннского метаморфизма пород Беломорского подвижного пояса Восточной Фенноскандии [6]. (Рис. 3, 5). Ранее в породах с корундом был описан натрожедрит (Серебряков и др., 2000). Необычные химический состав и парагенезисы этих пород позволяют предполагать наличие и других редких или необычных минералов: барруазитовые роговые обманки, натровые биотиты, обогащенные Fe³⁺ ставролиты. Вариации составов роговых обманок согласуются с моделью метасоматического процесса, предложенной Н. С. Серебряковым [8], подразумевающей десиликацию кианит-гранат-биотитовых гнейсов чупинской толщи с одновременным привносом Na, Ca и накоплением глинозёма. Изменение состава пород в процессе метасоматоза влечет за собой возникновение в них необычных и редких минералов. Так, натрожедрит встречается в некоторых гидротермальных жилах и гранулитах — в составе симплектитов. Натробиотит (вонезит) известен 14 в некоторых вулканитах; он появлялся также в экспериментах по моделированию взаимодействия амфиболов и сосуществующих флогопитов с флюидом pO–NaCl при 900 °C и 500 МПа [7].

В Карелии корундсодержащие породы образованы в границах Беломорского подвижного пояса и выделены два их типа – в глиноземистых плагиогнейсах (первый тип) и в метабазитах (второй тип). Все корунды Беломорского подвижного пояса образованы за счет метасоматических процессов в свекофеннский период активизации. На проявлении Хитостров содержится до 5–7 % коллекционных кристаллов корунда. Ресурсы коллекционного сырья подсчитаны на глубину 2 м, проведена его пробная отработка. Запасы корунда по категории С2 оценены в 35,8 т при содержании 0,4–5 кг/м³. Основная масса с мелкими кристаллами корунда и граната не оценивалась. Ландшафт острова благоприятен для открытых маломасштабных горных работ. На Хитострове присутствуют кианитовые плагиогнейсы, в которых кианит равновесен со всеми породообразующими минералами (плагиоклаз, биотит, гранат, кварц). Кианит относится ко второму коллекционному минералу на данном объекте. Главная масса коллекционных образцов кианита добыта в 1980-е годы старателями в восточной части месторождения. Небольшой копью (глубиной 1,5–2 и длиной около 10 м) вскрыт обогащенный крупными кристаллами кианита прослой гнейсов на контакте между плагиоклазитами и обычным биотитовым гнейсом без кианита. Самые крупные кристаллы, до 15–20 см в длину, найдены в раздувах кианитсодержащего прослоя гнейсов. По вещественному составу корундоносные породы проявления Хитостров существенно отличаются соотношением основных породообразующих минералов, слагая изолированные блоки. Основные породообразующие минералы в руде отличаются по форме, плотности, твердости и магнитным свойствам. Наиболее четко проявляются различия по блеску, цвету и прозрачности. На образцах корундовой руды проявления Хитостров установлено, что биотит в породе после обжига при температуре 550–600 °С расщепляется и порода рассыпается на составляющие минералы без дробления и измельчения.

Рис 1. Место сбора образцов. Еловый навалок.

Рис. 2. Место сбора образцов. Хит-Остров.

Рис. 3. Кварц-гранат-биотитовый гнейс с корундом.Хит-Остров.

Рис. 4. Гранат-биотитовый сланец. Еловый наволок.

Рис.5. Кварц-гранат-биотитовый гнейс с корундом в УФ-свете. Хит-Остров

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1 Подготовка эксперимента

Процесс изготовления шашек:

Н а месторождениях были отобраны минералы: гранат (альмандин), биотит, кианит, кварц. После в геошколе с помощью инструмента были взяты небольшие кусочки минералов. Позже они были засыпаны в форму и залиты эпоксидной смолой. Далее мы полировали шашки на наждаке и на листах с алмазной пастой различной размерности (рис. 6).

Рис. 6. Подготовка образцов к микрозондовому исследованию.

Гранат-биотитовый термометр

Это метод, при котором идет соотношение температур с распределением Fe u Mg в совместно кристаллизующихся биотите и граната. Гранатово-биотитовой термометр неоднократно «калибровался» с 1970-х годов как экспериментальным, так и эмпирическими методами.

После изучения книги Л.Л. Перчука и И.Д. Рябчикова «Фазовое соответствие в минеральных системах» [9] было установлено, что для определения температуры образца необходимо определить магнезиальность добытых мной гранатов и биотитов. Магнезиальность – это пересчет мольного отношения Mg:(Mg+Fe+Mn) в формульных единицах (табл. 1).

2.2 Проведение эксперимента, обработка и анализ полученных данных

Чтобы найти мольные количества данных элементов в моих образцах, необходимо было воспользоваться научным оборудованием, а именно микрозондом CamScan MV2300, предоставленным мне в лаборатории физических исследований ИЭМ РАН. Также была найдена диаграмма [9] для определения давления – геобарометр – «Кианит-Силиманит-Андалузит» (рис. 7). Было установлено, что для определения давления моих образцов можно использовать этот геобарометр, так как во всех моих образцах присутствует Кианит.

Микрозонд — прибор для проведения рентгеноспектрального микроанализа (определения атомного состава вещества в малом объёме).

Рис. 5. Фации метаморфизма (Перчук, Рябчиков, 1976). Синими точками отмечены условия образования исследуемых образцов.

Рис. 6. Поля составов некоторых гранатов.

Ранее исследователями (Перчук, Рябчиков, 1976) было установлено, что с понижением t образования магнезиальность сосуществующих биотита Х Mg(Bi) возрастает, а граната - падает. Этими же исследователями было установлено, что в горных породах не встречаются гранаты более магнезиальные, чем биотиты. Термодинамический анализ (Перчук, Рябчиков 1976) показал, что в высоко- и среднетемпературной области распределение Mg стремится к идеальному, то есть коэффициент распределения при постоянной температуре близок так же к постоянному значению . Биотит-гранатовый термометр (см. рис.8) имеет некоторые производные, такие, как кордиерит-гранатовый геотермометр (к слову в образце с Шуерецкого месторождения присутствует кордиерит), ставролит-гранатовый и хлорит-гранатовый. Сам биотит-гранатовый геотермометр вы можете увидеть на рис. 7.

Зона 3

Зона 1,

Хит-остров

Зона 2

Рис. 7. Гранат-биотитовый геотермометр.

Хит-остров

Зона2

Зона 1

Зона 3

Рис. 8. Кианит – андалузит – силлиманитовый геобарометр.

Р ис. 9. Зерно граната из Елового наволока. Снимок в BSE – электронах.

Глава 3. Расчет Р-Т параметров минералогенеза Хитоострова и Елового наволока

Магнезиальность зон в образце с месторождения Шуерецкое можно увидеть в таблице 1; составы минералов из месторождения Хитоостров – в таблице 2. Затем на основе биотит-гранатового геотермометра были рассчитаны температуры образования для моих образцов. Были получены следующие температуры:

• образец граната с месторождения Еловый наволок зональный. Это значит, что в разных местах образца температура образования разная. Поэтому для каждой зоны были посчитаны магнезиальность, температура и давление образования. В таблице 1 выведены не только магнезиальности каждой зоны, но и температура образования;

• чем раньше образовывалась зона, тем больше была температура образования (зона 1 образовывалась раньше, чем зоны 2 и 3);

• средняя температура образования образцов с месторождения Хитоостров 550^оС.

Таблица 1. Магнезиальность граната и биотита месторождения Еловый наволок.

Таблица 2. Составы граната и биотита с Хитоострова.

Выводы

В ходе исследования было выявлено, что образец с месторождения Шуерецкое зональный. Одна его зона образовывалась при наибольших Т и Р среди исследуемых (зона 2), еще одна – при наименьших (зона 1). Образец же с месторождения Хит-остров образовался при 550^оС. Давление при формировании грнат содержащих парагенезисов во всех случаях составляло 6кбар. Судя по тому, что в исследованных минералах много алюминия - исходный субстрат был осадочной глинистой породой. Таким обрацом цель исследования достигнута.

Все исследованные образцы попадают в зону амфиболитовой стадии метаморфизма.

Библиографический список

1. 1. 1. 1. Возраст, геохимия минералов и условия образования Шуерецкого месторождения гранатов (Беломорский пояс) © 2009 г. С. Г. Скублов, Л. К. Левский, Ю. Б. Марин, И. М. Гембицкая, П. Я. Азимов, А. Н. Ларионов

         2. Г. М. Друеова, Ю. В. Никитин и М. В. Терентъева// Зональные гранаты шуерецких месторождений.Геология и полезные ископаемые России. Т. 1. Запад России и Урал. Кн. 1. Запад России / Под ред. Б.В. Петрова, В.П. Кирикова. СПб.: Издво ВСЕГЕИ, 2006. 528 с

         3. «Зональные гранаты Шуерецких месторождений» Г. М. Друеова, Ю. В. Никитин и М. В. Терентъева, Игнатьев Н.А. В кн.: Труды петрографического института. Л.: Издво АН СССР, 1934. В. 6. С. 65–82.

         4. Лютоев В.П., Макеев А.Б., Терехов Е.Н. (2023) Ювелирный гранат альмандин месторождения Кителя (Карелия): состав и спектроскопические свойства. Литосфера, 23(2), 247-269.

         5. Слабунов А.И., Володичев О.И., Балаганский В.В. и др. В сб.: Беломорский подвижный пояс и его аналоги: геология, геохронология, геодинамика, минерагения (путеводитель и материалы конференции). Петрозаводск: ИГ КарНЦ РАН, 2005. С. 6–12.

         6. Серебряков Н. С. Петрология корундсодержащих пород чупинской толщи Беломорского подвижного пояса (на примере Чупинского сегмента): дис. канд. геол.-минерал. наук. М., 2004. 170 с

         7. Ходоревская Л. И., Аранович Л. Я. Экспериментальное исследование взаимодействия амфибола с флюидом pO–NaCl при 900 оС, 500 МПа: к процессам плавления и массопереноса в гранулитовой фации // Петрология. 2016. Т. 24, № 3. С. 235–254.

         8. Перчук Л.Л., Рябчиков И.Д. Фазовое соответствие в минеральных системах. Недра, Москва, 1976 г., 287 стр.