Помощь студентам в учебе
Минералы группы аксинита: особенности химического состава и спектроскопические характеристики
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 5
1.1 Минералы группы аксинита 5
1.1.1 Номенклатура и изоморфизм 5
1.1.2 Кристаллическая структура 8
1.1.3 Геологические условия нахождения 10
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 22
2.1 Объекты исследования 22
2.2 Оптическая микроскопия 27
2.3 Рентгенофазовый анализ 27
2.4 Электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ 27
2.5 Рамановская спектроскопия 27
2.6 Рентгеноструктурный анализ 28
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 29
3.1 Оптическая микроскопия 29
3.2 Определение фазового состава образцов 31
3.3 Электронная микроскопия и химический состав минералов 33
3.4 Рамановская спектроскопия 46
3.5 Рентгеноструктурный анализ 49
4 ДИСКУССИЯ 50
5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 60
ПРИЛОЖЕНИЕ А 65
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 5
1.1 Минералы группы аксинита 5
1.1.1 Номенклатура и изоморфизм 5
1.1.2 Кристаллическая структура 8
1.1.3 Геологические условия нахождения 10
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 22
2.1 Объекты исследования 22
2.2 Оптическая микроскопия 27
2.3 Рентгенофазовый анализ 27
2.4 Электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ 27
2.5 Рамановская спектроскопия 27
2.6 Рентгеноструктурный анализ 28
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 29
3.1 Оптическая микроскопия 29
3.2 Определение фазового состава образцов 31
3.3 Электронная микроскопия и химический состав минералов 33
3.4 Рамановская спектроскопия 46
3.5 Рентгеноструктурный анализ 49
4 ДИСКУССИЯ 50
5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 60
ПРИЛОЖЕНИЕ А 65
Минералы группы аксинита - одни из самых распространенных боросиликатов, они встречаются в разнообразных геологических условиях и в различных по составу и возрасту породах и рудных телах. История изучения аксинита насчитывает более 200 лет: первый минерал из группы аксинита был описан Роме де Лилем во Франции в 1783 г.
Аксиниты часто сложны для диагностирования как в оптической микроскопии (в шлифах они схожи со многими ассоциирующими минералами, например, родонитом), так и при использовании электронной микроскопии и зондового микроанализа (из-за сходства рутинных нормированных анализов с гранатом и эпидотом). Спектроскопия комбинационного рассеяния (Рамановская спектроскопия) является экспрессным и легкодоступным методом и может позволить диагностировать аксиниты, а также оценить его состав. Несмотря на большое количество экспериментальных работ, посвященных аксинитам, в литературе практически отсутствуют данные о связи их Рамановских спектров с химическим составом и изменениями в структуре.
Объектами настоящего исследования выбраны аксиниты из различных месторождений России (Кызыл-Таш, Кожаевское, Парнокское, Учалинское, Муртыкты, Тургоякское, Кыштымское) Казахстана (Ушкатын-III), Швейцарии (Ароза, Фалотта, Парсеттенс) и Чехии (Ключов).
Целью настоящей работы является получение новых сведений о связях между химическим составом, кристаллической структурой и Рамановскими спектрами минералов группы аксинита.
Задачи:
• Собрать и обобщить информацию о геологических условиях нахождения аксинитов;
• Создать коллекцию образцов аксинитов из различных месторождений России и мира;
• Изучить парагенетическую ассоциацию аксинитов;
• Исследовать химический состав аксинитов;
• Получить Рамановские спектры аксинитов различного состава;
• Уточнить структуру аксинитов с различным содержанием марганца;
• Установить связи между химическим составом и структурными деформациями в минералах группы аксинита.
Практическая часть работы была выполнена на кафедре минералогии СПбГУ, а также с использованием оборудования ресурсных центров СПбГУ «Геомодель», «Микроскопия и микроанализ», «Рентгендифракционные методы исследования», а также на базе Кольского научного центра РАН.
Автор выражает благодарность научному руководителю к.г.-м.н., доценту кафедры минералогии О. С. Верещагину за неоценимую помощь в написании работы и бесконечное терпение. Образцы для исследования предоставлены д.г.-м.н., профессором кафедры минералогии А. И. Брусницыным и к.г.-м.н., доцентом кафедры минералогии Е. Н. Перовой, доктором г.-м.-н. Е. В. Белогуб. Автор работы также выражает признательность Е. Н. Перовой за помощь в расчете формул аксинитов, Н. С. Власенко и к.х.н. В. В. Шиловских (РЦ «Геомодель») за помощь в определении элементного состава аксинитов, В. Н. Бочарову (РЦ «Геомодель») за помощь в получении Рамановских спектров аксинитов. Отдельную благодарность автор выражает к.г.-м.н., заведующему Лабораторией природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики Т. Л. Паникоровскому за уточнение кристаллической структуры аксинитов.
Аксиниты часто сложны для диагностирования как в оптической микроскопии (в шлифах они схожи со многими ассоциирующими минералами, например, родонитом), так и при использовании электронной микроскопии и зондового микроанализа (из-за сходства рутинных нормированных анализов с гранатом и эпидотом). Спектроскопия комбинационного рассеяния (Рамановская спектроскопия) является экспрессным и легкодоступным методом и может позволить диагностировать аксиниты, а также оценить его состав. Несмотря на большое количество экспериментальных работ, посвященных аксинитам, в литературе практически отсутствуют данные о связи их Рамановских спектров с химическим составом и изменениями в структуре.
Объектами настоящего исследования выбраны аксиниты из различных месторождений России (Кызыл-Таш, Кожаевское, Парнокское, Учалинское, Муртыкты, Тургоякское, Кыштымское) Казахстана (Ушкатын-III), Швейцарии (Ароза, Фалотта, Парсеттенс) и Чехии (Ключов).
Целью настоящей работы является получение новых сведений о связях между химическим составом, кристаллической структурой и Рамановскими спектрами минералов группы аксинита.
Задачи:
• Собрать и обобщить информацию о геологических условиях нахождения аксинитов;
• Создать коллекцию образцов аксинитов из различных месторождений России и мира;
• Изучить парагенетическую ассоциацию аксинитов;
• Исследовать химический состав аксинитов;
• Получить Рамановские спектры аксинитов различного состава;
• Уточнить структуру аксинитов с различным содержанием марганца;
• Установить связи между химическим составом и структурными деформациями в минералах группы аксинита.
Практическая часть работы была выполнена на кафедре минералогии СПбГУ, а также с использованием оборудования ресурсных центров СПбГУ «Геомодель», «Микроскопия и микроанализ», «Рентгендифракционные методы исследования», а также на базе Кольского научного центра РАН.
Автор выражает благодарность научному руководителю к.г.-м.н., доценту кафедры минералогии О. С. Верещагину за неоценимую помощь в написании работы и бесконечное терпение. Образцы для исследования предоставлены д.г.-м.н., профессором кафедры минералогии А. И. Брусницыным и к.г.-м.н., доцентом кафедры минералогии Е. Н. Перовой, доктором г.-м.-н. Е. В. Белогуб. Автор работы также выражает признательность Е. Н. Перовой за помощь в расчете формул аксинитов, Н. С. Власенко и к.х.н. В. В. Шиловских (РЦ «Геомодель») за помощь в определении элементного состава аксинитов, В. Н. Бочарову (РЦ «Геомодель») за помощь в получении Рамановских спектров аксинитов. Отдельную благодарность автор выражает к.г.-м.н., заведующему Лабораторией природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики Т. Л. Паникоровскому за уточнение кристаллической структуры аксинитов.
В работе с помощью рентгенофазового анализа, рентгеноспектрального микроанализа и Рамановской спектроскопии было изучено 20 образцов, содержащих минералы группы аксинита, из 12 месторождений: 7 российских (Кызыл-Таш, Кожаевское, Парнокское, Учалинское, Муртыкты, Кыштымское, Тургоякское), 1 казахстанского (Ушкатын-III), 3 швейцарских (Ароза, Фалотта, Парсеттенс) и 1 чешского (Ключов) месторождений. Изучены все представители группы аксинита (аксинит-(Мд), аксинит-(Бе), аксинит-(Мп) и тинценит).
На месторождении Ушкатын-III аксинит-(Мп)-тинценит встречается в ассоциации с кальцитом, фриделитом, клинохлором, баритом и гематитом. В образце Кожаевского месторождения аксинит-(Мп) обнаружен в сростках с родонитом, кварцем, голландитом и альбитом. На месторождении Парнокское аксинит-(Мп)-тинценит срастается с кальцитом. В образце с месторождения Кызыл-Таш аксинит-(Мп) находится в ассоциации с родонитом и кальцитом. Учалинское месторождение наиболее разнообразно с точки зрения минералогии: в исследованных образцах установлены все виды группы аксинита (аксинит-(Мд), аксинит-(Бе), аксинит-(Мп) и тинценит). Аксинит-(Мд) и аксинит-(Бе) ассоциируют с такими минералами, как голландит, эпидот, хлорит, ортоклаз, альбит, кварц и кальцит. Аксинит-(Мп) Учалинского месторождения ассоциирует с кальцитом, родонитом, пьемонтитом, тилазитом, баритом, хлоритом, диопсидом, йохансенитом и эпидотом. Тинценит данного месторождения установлен в сростках с кварцем, эпидотом, родонитом, кальцитом, родохрозитом и пьемонтитом. Аксинит-(Бе) месторождения Муртыкты обнаружен там впервые и ассоциирует с кальцитом, пренитом, альбитом, клинохлором.
Изучены изоморфные ряды минералов группы аксинита. Образцы Учалинского, Парнокского и Кожаевского месторождений располагаются на линии Мд-Мп состава, ранее слабо изученной. Аксиниты месторождений Ушкатын-III и Кызыл-Таш по своему составу являются наиболее Мп-обогащенными. Изучены составы аксинитов изоморфного ряда аксинит-(Бе)- аксинит-(Мд). Кроме того, изучен практически полный изоморфный ряд от аксинита-(Мп) до тинценита. На месторождении Муртыкты аксинит образует изоморфный ряд от высоко железистого аксинита-(Мп) до высоко марганцевого аксинита-(Бе).
При помощи Рамановской спектроскопии изучены образцы всех разновидностей аксинита. Для изоморфного ряда аксинит-(Мп)-тинценита получен полный набор Рамановских спектров. Установлена линия, чувствительная к содержанию марганца в позиции X. Установлены изменения в структуре аксинитов, связанные с вхождением марганца и выражающиеся в сдвиге линий на Рамановских спектрах.
Рамановская спектроскопия может быть использована в качестве экспрессного метода для диагностики минералов группы аксинита. Помимо этого, данные Рамановских спектров могут быть использованы для оценки содержания марганца (и других двухвалентных катионов) в аксинитах, а также для предварительной идентификации минерального вида внутри группы.
На месторождении Ушкатын-III аксинит-(Мп)-тинценит встречается в ассоциации с кальцитом, фриделитом, клинохлором, баритом и гематитом. В образце Кожаевского месторождения аксинит-(Мп) обнаружен в сростках с родонитом, кварцем, голландитом и альбитом. На месторождении Парнокское аксинит-(Мп)-тинценит срастается с кальцитом. В образце с месторождения Кызыл-Таш аксинит-(Мп) находится в ассоциации с родонитом и кальцитом. Учалинское месторождение наиболее разнообразно с точки зрения минералогии: в исследованных образцах установлены все виды группы аксинита (аксинит-(Мд), аксинит-(Бе), аксинит-(Мп) и тинценит). Аксинит-(Мд) и аксинит-(Бе) ассоциируют с такими минералами, как голландит, эпидот, хлорит, ортоклаз, альбит, кварц и кальцит. Аксинит-(Мп) Учалинского месторождения ассоциирует с кальцитом, родонитом, пьемонтитом, тилазитом, баритом, хлоритом, диопсидом, йохансенитом и эпидотом. Тинценит данного месторождения установлен в сростках с кварцем, эпидотом, родонитом, кальцитом, родохрозитом и пьемонтитом. Аксинит-(Бе) месторождения Муртыкты обнаружен там впервые и ассоциирует с кальцитом, пренитом, альбитом, клинохлором.
Изучены изоморфные ряды минералов группы аксинита. Образцы Учалинского, Парнокского и Кожаевского месторождений располагаются на линии Мд-Мп состава, ранее слабо изученной. Аксиниты месторождений Ушкатын-III и Кызыл-Таш по своему составу являются наиболее Мп-обогащенными. Изучены составы аксинитов изоморфного ряда аксинит-(Бе)- аксинит-(Мд). Кроме того, изучен практически полный изоморфный ряд от аксинита-(Мп) до тинценита. На месторождении Муртыкты аксинит образует изоморфный ряд от высоко железистого аксинита-(Мп) до высоко марганцевого аксинита-(Бе).
При помощи Рамановской спектроскопии изучены образцы всех разновидностей аксинита. Для изоморфного ряда аксинит-(Мп)-тинценита получен полный набор Рамановских спектров. Установлена линия, чувствительная к содержанию марганца в позиции X. Установлены изменения в структуре аксинитов, связанные с вхождением марганца и выражающиеся в сдвиге линий на Рамановских спектрах.
Рамановская спектроскопия может быть использована в качестве экспрессного метода для диагностики минералов группы аксинита. Помимо этого, данные Рамановских спектров могут быть использованы для оценки содержания марганца (и других двухвалентных катионов) в аксинитах, а также для предварительной идентификации минерального вида внутри группы.