ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2014, № 2, с. 80-90
УДК 550.383.3:549.641.23
НЕОДНОРОДНОСТЬ СОСТАВА ПИКРОИЛЬМЕНИТОВ ТРУБКИ ЗАРНИЦА ПО ДАННЫМ ТЕРМОМАГНИТНОГО АНАЛИЗА © 2014 г. Ш. З. Ибрагимов1, С. Г. Мишенин2, Ю. Н. Осин1
1Казанский (Приволжский) федеральный университет, Институт геологии, г. Казань 2Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья, г. Новосибирск
E-mail: shamil.ibragimov@ksu.ru Поступила в редакцию 18.03.2013 г.
Проведено исследование 39 образцов пикроильменитов из семи скважин, пробуренных по субмеридиональному профилю по трубке Зарница Якутской алмазоносной провинции. По каждому образцу по двум взаимноперпендикулярным профилям проведены точечные микрозондовые определения с целью изучения неоднородности состава пикроильменита. Также по каждому образцу регистрировались термомагнитные кривые. На основании зависимости параметров термомагнитных кривых (точки Кюри, удельный магнитный момент пикроильменита) от содержания гематитового компонента пикроильменита предложена модель обработки кривых термомагнитного анализа. Для корректного описания экспериментальной кривой каждого образца пикроильменита необходимо вводить два распределения концентрации гематитовой компоненты. Среднее значение первого распределения совпадает с микрозондовыми определениями, второе распределение по содержанию гематитовой компоненты превышает первое. Показано, что в зернах пикроильменита участки с повышенным содержанием гематитовой компоненты тяготеют к краевым частям зерен. Сделано предположение о том, что повышенное содержание гематитовой компоненты обусловлено эпигенетическим преобразованием первичного пикроильменита и, вероятно, может служить оценкой динамики образования пикроильменита. Сделаны выводы о возможности использования данных термомагнитного анализа для экспрессного определения состава пикроильменитов, показаны возможности и ограничения предлагаемой методики.
Ключевые слова: пикроильменит, термомагнитный анализ, температура Кюри, удельный магнитный момент.
БО1: 10.7868/80002333714020033
ВВЕДЕНИЕ
Пикроильменит относится к промежуточным членам изоморфной серии твердых растворов Ре203 (гематит)—БеТЮз (ильменит)—М§ТЮ3 (гейкелит). Пикроильменит вместе с пиропом являются основными акцессорными минералами кимберлитовых трубок.
Образование макрокристаллического пикро-ильменита связывается с дезинтеграцией ильменита гипербазитов, кристаллизацией из фракционирующего кимберлитового расплава и кристаллизацией в астеносферном слое мантии [Алымова, 2002; Силаев, 2008]. Одним из основных факторов, определяющих состав пикроильменита кимберлитов, является глубина магматического очага кимберлитового расплава в неоднородной верхней мантии [Геншафт, 2000]. Помимо глубины важная роль принадлежит динамике развития очага каждого конкретного тела [Бовкун, 2005].
Многими авторами отмечается наличие реакционных кайм на макро- и мегакристах пикроильменита [Гаранин, 1986; Геншафт, 1982; Сила-
ев, 2008]. Были выявлены три разновидности реакционных кайм, которые заполняют трещины и пустоты в мегакристах: перовскитовая, вторичные шпинели в ассоциации с перовскитом и шпинелид-титанитовая. Авторами этих работ было отмечено, что механизм образования этих кайм преимущественно диффузионно-метасома-тический. В работе [Клопов, 1984] отмечено, что на внешней границе зерна пикроильменита, на наиболее позднем этапе эпигенетического изменения первичного пикроильменита, образуется менее магнезиальный пикроильменит.
Магнитные свойства пикроильменита из кимберлитов Якутии описаны в работах [Кудрявцева, 1988; Гаранин, 1984]. В работе [Кудрявцева, 1988] показано, что точки Кюри пикроильменитов определяются в интервале температур —196°С...+240°С, установлена зависимость точек Кюри пикроильменита от содержания гематитовой компоненты. В данной работе показано, что существует разрыв в функции температуры Кюри (Тс) пикроильменита от содержания гематитовой компоненты (при со-
держании Ре203 17—18%). В этой же работе показано, что удельный магнитный момент пикроиль-менита увеличивается при увеличении содержания гематитовой компоненты, причем при увеличении содержания гематитовой компоненты свыше 18% наблюдается резкий рост удельного магнитного момента пикроильменита. Эти сведения были получены по выборке пикроиль-менитов из нескольких кимберлитовых тел Якутской алмазоносной провинции. Следует предположить, что из-за полихронного генезиса кимберлитовых трубок, нестационарности процессов формирования трубок, разнообразия их минерального и вещественного состава, магнитные свойства пикроильменитов могут быть индивидуальными для каждой трубки.
В работе [Ибрагимов, 2009] была показана возможность определения содержания гематитовой компоненты по данным термомагнитного анализа пикроильменитов. Авторами этой работы исследовались 15 зерен пикроильменита, отобранные из пяти различных трубок Якутской алмазоносной провинции. Для определения содержания гематитовой компоненты использовались зависимости, предложенные в работе [Кудрявцева, 1988]. В результате были получены значительные расхождения в определении состава пикроильме-нитов по данным микрозондового и термомагнитного анализов.
Целью данной работы было увеличение точности определения содержания гематитовой компоненты по данным термомагнитного анализа. Для этого по статистически значимой коллекции пик-роильменитов из одной трубки, на основании данных микрозондового анализа, построить зависимости параметров, описывающих термомагнитные кривые образцов, оценить погрешности определения и рассмотреть ограничения данной методики.
МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
Объектами исследования были зерна пикро-ильменита, отобранные из керна скважин, пробуренных по кимберлитовой трубке Зарница (Дал-дынское кимберлитовое поле, Западная Якутия). Трубка изометричной формы, размер трубки на дневной поверхности 520—540 м. Образцы пикро-ильменитов отобраны из керна 7 скважин, пересекающий трубку Зарница по субмеридиональному профилю, интервал отбора 10—120 м. Зерна вытянутой эллипсоидальной формы, размером от 0.3 до 0.8 мм по большой оси, без техногенных сколов и трещин.
Термомагнитные кривые М(Т) (зависимость магнитного момента пробы по индуктивной намагниченности от температуры) были получены на установке дифференциального термомагнитного анализа (ДТМА) [Буров, 1981] в магнитном
поле напряженностью 160 кА/м, со скоростью нагрева 50 град/мин, в температурном интервале —160...+250°C. Чтобы зафиксировать зерно пик-роильменита в держателе установки, в держатель набивался предварительно отожженный до 1000°C каолинит, и в каолинит вдавливалось зерно пикроильменита. Перед проведением термомагнитного анализа зерна пикроильменита предварительно взвешивались на аналитических весах.
Поскольку основой интерпретации данных термомагнитного анализа, в данном случае, является их сопоставление с результатами микрозон-довых измерений, то зерна пикроильменита после выполнения термомагнитного анализа (ТМА) направлялись для исследования на микрозонде с целью определения их вещественного состава и его вариаций в пределах зерна. По шести образцам пикроильменита был проведен рентген-структурный анализ. Критерием отбора образцов на рентгенструктурный анализ являлось различие термомагнитных кривых (температура Кюри и вид кривых). Минералогические исследования проводились на сканирующем электронном микроскопе—микроанализаторе EVO 50 XVP фирмы Carl Zeiss, рентгеноструктурные — дифрактометре Daewoo в Институте геологии и нефтегазовых технологий Приволжского (Казанского) федерального университета.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
По данным оптической микроскопии все зерна выборки практически однородны — без включений, без видимых реакционных кайм и трещин. Для выявления неоднородностей состава зерен пикроильменитов на каждом зерне проводились определение элементного состава в точках зондирования. На шлифованной поверхности каждого зерна было выполнено по 30 микрозондовых измерений — по 15 на каждом из двух взаимно перпендикулярных профилей. Профили зондирования начинались и заканчивались на краю зерна, и каждый профиль проходил через центр зерна. Таким образом, представительность опробования состава зерна была достаточной. Данные элементного определения пересчитывались в содержание компонент гематита, гейкелита и ильменита, которые представлены в левой части таблицы 1 "Микрозон-довый анализ". Среднее содержание гематитовой компоненты в зернах пикроильменита колеблется в интервале 10—19 процентов. В первом приближении колебания содержания гематитовой компоненты на плоскости микрозондового анализа описывается нормальным распределением. Изменчивость содержания гематитовой компоненты в каждом зерне, для большинства образцов, незначительна. Но для пяти образцов стандартное отклонение нормального распределения превышает 2.0.
Результаты обработки данных мнкрозондового и термомагнитного анализов коллекции образцов пикроильменитов
Микрозондовый анализ
№№ Вес (мг) среднее значения содержания элементов (весовые %) результаты расчета компонент пикроильменита (%) доля Р2 к объему зерна составляющая 1 объема зерна (Р1) составляющая 2 объема зерна (Р2) 5, %
Mg Ti Fe Al + V + Cr Fe203 MgTiQ3 FeTi03
X а X а X а X а X а
1_1 4.1 6.4 39.6 51.6 2.3 17.4 1.2 25.4 2.5 54.5 3.2 0.27 17.4 2.2 22.8 1.7 0.0
12 5.2 6.9 39.7 50.8 2.5 17.6 0.9 27.4 3.2 52.2 4.0 0.30 17.0 0.8 21.0 1.5 3.5
1_3 4.2 6.3 38.7 52.4 2.5 19.0 3.7 25.3 0.8 53.0 4.3 0.30 18.9 0.8 22.4 1.2 3.2
14 1.5 9.0 44.6 44.7 1.7 11.3 0.5 34.6 0.9 52.2 1.4 0.30 11.0 0.8 18.5 2.2 2.7
15 3.9 8.0 42.9 47.3 1.8 13.6 2.7 31.2 2.7 52.9 3.3 0.11 12.8 0.7 19.0 1.7 6.0
1_6 4.3 7.4 41.7 49.1 1.8 15.2 0.7 28.9 0.7 53.5 1.3 0.27 15.2 1.4 21.8 1.7 0.0
17 1.8 9.2 45.5 44.1 1.2 10.4 1.0 35.2 1.2 52.7 1.9 0.20 10.2 0.7 19.2 2.1 2.3
18 7.7 9.0 45.1 44.7 1.2 10.9 2.3 34.5 1.8 53.0 2.2 0.13 10.2 1.3 19.0 2.3 6.2
1_9 9.4 8.5 43.5 46.3 1.7 13.1 1.2 33.0 2.0 51.8 2.4 0.11 12.1 0.7 19.0 2.1 7.6
110 4.2 6.7 40.6 50.8 1.9 16.5 1.3 26.4 0.9 54.7 1.8 0.30 17.3 1.7 22.8 2.1 5.0
111 3.1 7.9 42.9 47.7 1.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.