Миграция радиогенного гелия в кристаллической структуре сульфидов и возможности их изотопного датирования Магистерская диссертация по направлению 05.04.01 «Геология» (стр. 12 )

Четыре из пяти первых полученных (U-Th)/He датировок по пириту укладываются в реальный возраст датируемого месторождения Узельга с учётом возможной ошибки измерения (~20%). Согласно полученным данным, радиогенный гелий не был потерян в течение геологического времени; существенного удревнения также почти не наблюдалось.

Принимая во внимание, что проработка методики находится на самом начальном этапе, это можно считать положительным результатом.

Из трёх датировок по халькопириту месторождения Гай только одна попытка увенчалась успехом, показав возраст образца равным 386±19 млн. лет, что практически совпадает со временем оруденения на Гайском месторождении (D1-2). Энергия активации миграции гелия из халькопирита оказалась значительно ниже, чем из пирита; следовательно, существует большее количество факторов, могущих привести к потере гелия халькопиритом.

Несмотря на то, что в пирротине наряду с пиритом были обнаружены высочайшие концентрации гелия среди всех исследованных образцов, из двух датировок по пирротину ни одна не дала значение возраста, близкое к возрасту месторождения. Это говорит о том, что ни в одном из двух обнаруженных энергетических положений в пирротине гелий сохраняться не может и за геологическое время покидает структуру минерала.

5.2. Актуальные вопросы

Наблюдаемое незначительное превышение возраста двух образцов пирита месторождения Узельга может быть объяснено явлением alpha-ejection – имплантации альфа-частиц из обогащённых радиоактивными изотопами вмещающих пород. Для устранения этой ошибки может быть рассмотрен метод травления внешней поверхности зёрен кислотой. Опытным путём было установлено, что двухчасовое травление зерна в двухнормальном растворе HNO3 растворяет 25±3 ?м поверхности зерна – это, принимая длину пробега альфа-частицы в сульфиде равной 16 ?м (Carlson et al., 1999), должно полностью удалить возможный привнос радиогенного изотопа в датируемый образец.

Рис. 45. Одно зерно пирита месторождения Узельга до (слева) и после (справа) травления в азотной кислоте на протяжении двух часов; с указанием веса зерна. Согласно расчётам, диаметр образца сократился с 0,640 мм до 0,618 мм.

Сложная кинетика десорбции гелия из пирротина, вероятно, запрещает использование этого минерала в качестве геохронометра; но может быть интересна для дальнейших фундаментальных исследований с целью лучшего понимания форм нахождения благородных газов в минералах в целом и сульфидах, полупроводниках – в частности.

Все остальные рассмотренные в данной работе сульфиды (борнит, блеклые руды, молибденит, сфалерит) обнаружили низкие значения энергии активации миграции гелия – это означает, что они, как и большинство минералов, не обладают свойствами, необходимыми для (U-Th)/He датирования.

Перспективным может оказаться изучение параметров миграции и форм нахождения возможного радиогенного гелия в минералах, близких по свойствам к пириту и халькопириту. К таковым автор относит марказит (FeS2 ромб.), кобальтин (CoAs2) и арсенопирит (FeAsS). Галенит (PbS), за счёт высокой плотности, также может обладать свойствами удержания гелия в своей кристаллической решётке. Пентландит (Ni, Fe)9S8 и ковеллин (CuS), сульфиды с хорошо проявленными металлическими свойствами и высочайшей проводимостью, также могут быть претендентами на наличие свойств сохранности гелия, схожих с металлическими – при этом к пентландиту следует подходить с осторожностью, из-за его сходства с пирротином. Можно сказать, что комплексное изучение перечисленных минеральных видов – главный фокус дальнейших исследований в направлении, заданном данной работой.

Заключение

В ходе работы были изучены миграционные параметры гелия из структур целого ряда сульфидов. Удалось выявить зависимость сохранности гелия в образцах сульфидов с параметрами миграции гелия из их кристаллических решёток, а также их связь с некоторыми свойствами минералов – плотностью и удельным электрическим сопротивлением. Установлено, что среди исследованных минералов пирит обладает наибольшим потенциалом для использования в (U-Th)/He датировании.

Автор работы выражает благодарности

Илье Владимировичу Викентьеву (ИГЕМ РАН), Оксане Борисовне Азовсковой (ИГГ УрО РАН), Булату Батуевичу Дамдинову (ГИН СО РАН) за предоставленные для изучения образцы сульфидов из различных отдалённых регионов России и консультации в областях минералогии и геологии месторождений; Владимиру Шиловских и Наталье Власенко, работникам ресурсного центра СПбГУ «Геомодель» за консультации по пробоподготовке и осуществление микроскопической съёмки и рентгеноспектрального микроанализа образцов; Елене Леонидовне Фокиной за осуществление дифференциального термического анализа и помощь в интерпретации его результатов; Игорю Алексеевичу Касаткину за осуществление порошковой рентгеновской дифракционной съёмки; Борису Гороховскому (ИГГД РАН) и Марии Стрелецкой (ИГГ УрО РАН) за определение содержаний урана и тория методом ICP-MS; научному руководителю, Ольге Валентиновне Якубович.

       _____________

Литература

Золотое оруденение в карбонатных отложениях юго-восточной части Восточного Саяна: автореф. дисс. … канд. г.-м. наук:25.00.11 – Новосибирск: ОИГГМ СО РАН, 2006.

, , Явление блистеринга на поверхности материалов при их облучении ионными пучками // Семинар термоядерных лабораторий. Новосибирск: ИЯФ, 2005.

, Особенности поисков колчеданных месторождений в дислоцированных толщах (на примере Дегтярского и Зюзельского районов Среднего Урала) // Труды ЦНИГРИ, 1985. Вып. 201. С.26-35.

Курс минералогии: учебное пособие. М.: КДУ, 2007. 721 с.

Золото-теллуридный и золото-висмутовый минеральные типы оруденения западного фланга Боксон-Гарганской металлогенической зоны (Восточный Саян): автореф. дисс. … канд. г.-м. наук:25.00.11 – Улан-Удэ: ГИН СО РАН, 2011.

Современное состояние аргонового метода определения возраста и его применение в геологии. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1961. 130 с.

, Продуктивные гранитоиды и метасоматиты медно-порфировых месторождений (на примере Урала). Екатеринбург: Наука. Уральское отделение, 1992. 199 с.

Скарны Гумёшевского скарново-медно-порфирового месторождения (Средний Урал) // Петрология, 2004. №2. С. 176-190.

Рениеносные медно-порфировые системы Урала: геологическое положение, изотопно-петрогеохимическая и возрастная латеральная зональность // Литосфера, 2012. №4. С. 190-207.

, Физика твёрдого тела для инженеров: учебное пособие. М.: Техносфера, 2012, 561 c.

Вулканизм и сульфидные холмы палеоокеанических окраин (на примере колчеданоносных зон Урала и Сибири). М.: Наука, 2006, 428 с.

, Геология месторождений поделочных камней. М.: Недра, 1983, 263 с.

, Химическая энциклопедия. Том 4. М.: Советская энциклопедия, 1995, 639 с.

Структура и зональность медноколчеданного месторождения Молодёжное: автореф. дисс. … канд. г.-м. наук:04.00.11 – Екатеринбург: ИГГ УО РАН, 1992.

Золоторудные провинции мира. М.: Научный мир, 2006, 358 с.

Геолого-промышленные типы месторождений меди, цинка, свинца на Урале. Екатеринбург: Издательство УГГУ, 2013, 199 с.

, Цветная металлообработка Иткульской культуры (предварительные результаты аналитических исследований) // Вестник археологии, антропологии и этнографии, 2015. №4 (31). С. 57-66.

Реакции неравновесного нестехиометрического слоя пирротина: автореф. дисс. … канд. хим. наук: 02.00.04 – Красноярск: ИХХТ СО РАН, 2001.

, , Метод дифференциально-термического анализа в оценке эффективности обогащения сульфидных руд // Современные проблемы науки и образования, 2014. №3. С. 89-96.

Морфогенетические типы колчеданных залежей как отражение режимов вулканизма // Литосфера, 2012. №5. С. 96-113.

Геология и разведка месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1989. 296 с.

, Золоторудные месторождения Урик-Китойской металлогенической зоны (Восточный Саян, Россия) // Геология рудных месторождения, 1999. Т. 41. №1. С. 54-69.

, , и др. Таинское золоторудное месторождение (Восточный Саян, Россия) – редкий тип золото-порфировой формации // Геология рудных месторождений, 2001. Т. 43. №5. С. 395-413.

Геология Алтая. Москва: Госгеолтехиздат, 1958, 264 с.

Закономерности размещения колчеданных месторождений на Южном Урале. Москва: Недра, 1977, 176 с.

, , Эндогенное оруденение девонского андезитоидного вулкано-плутонического комплекса (Урал). Свердловск: УрО РАН СССР, 1991, 184 с.

, , и др. Месторождения золота Урала. Екатеринбург: ИГГГА, 1999. 570 с.

, , и др. Минеральные ресурсы Учалинского горно-обогатительного комбината. Уфа: Башкирское книжное издательство, 1994, 238 с.

Палеовулканизм и колчеданные месторождения Южного Урала // Литосфера, 2002. №1. С. 37-60.

, Гайское медно-колчеданное месторождение: структура, зональность и распределение золота и серебра в рудах // Литосфера, 2009. №4. С. 66-82.

, , Медно-порфировое оруденение Южного Урала (обзор) // Уфа. Геологический сборник №9. 2011. С. 186-200.

, Возможности Sm-Nd датирования рудных процессов с использованием сульфидов // Вестник МГТУ, 2009. Том. 12. №3. С. 456-460.

Практическое руководство по минералогии. Москва: Недра, 1972, 360 с.

, , Молибденит // Минералогия Урала. Элементы. Карбиды. Сульфиды. Свердловск, 1990. С. 172-179.

, , Изучение термического поведения халькопирита // Комплексное использование минерального сырья, 2011. №2. С. 91-97.

Кинетическая модель термического разложения халькопирита // Комплексное использование минерального сырья, 2012. №3. С. 59-66.

, , О возможности изотопного датирования самородного золота U-Th-He методом // Доклады Академии Наук, 2010. Т. 430. №2. С. 1-5.

, , Новый 190Pt-4He метод определения возраста самородной платины // Доклады Академии Наук, 2011. Т. 441. № 3. С. 372-375.

, , Новый изотопный геохронометр для прямого датирования самородных минералов платины (190Pt-4He метод) // Петрология, 2012а. Т. 20. № 6. С. 545-559.

, , Геотермохронология по благородным газам: III. Миграция радиогенного гелия в кристаллической структуре самородных металлов и возможности их изотопного датирования // Петрология, 2012б. Т. 20. № 1. С. 1-21.