ЦОИЗИТ ТАНЗАНИИ
|
Введение 3
Глава 1. Литературный обзор по теме исследования 6
1.1. Общие сведения о цоизите 6
1.2. Описание месторождения Мерелани-Хиллс 8
1.2.1. Географо-экономическая характеристика 8
1.2.2. Геологическая характеристика месторождения 11
1.2.3 Гипотезы формирования танзанитовой минерализации 15
1.2.4. Минералогическая характеристика месторождения Мерелани-Хиллс 16
Глава 2. Описание исследуемых образцов 19
Глава 3. Методы исследования цоизита и их результаты 22
3.1. Сканирующая электронная микроскопия (SEM) 22
3.2. Рамановская спектроскопия. Изучение включений 34
Глава 4. Оценка физико-химических условий образования цоизита 47
Глава 5. Обсуждение полученных данных 50
Заключение 52
Список литературы 54
Приложение 1 58
Приложение 2 59
Приложение 3 60
Приложение 4 62
Глава 1. Литературный обзор по теме исследования 6
1.1. Общие сведения о цоизите 6
1.2. Описание месторождения Мерелани-Хиллс 8
1.2.1. Географо-экономическая характеристика 8
1.2.2. Геологическая характеристика месторождения 11
1.2.3 Гипотезы формирования танзанитовой минерализации 15
1.2.4. Минералогическая характеристика месторождения Мерелани-Хиллс 16
Глава 2. Описание исследуемых образцов 19
Глава 3. Методы исследования цоизита и их результаты 22
3.1. Сканирующая электронная микроскопия (SEM) 22
3.2. Рамановская спектроскопия. Изучение включений 34
Глава 4. Оценка физико-химических условий образования цоизита 47
Глава 5. Обсуждение полученных данных 50
Заключение 52
Список литературы 54
Приложение 1 58
Приложение 2 59
Приложение 3 60
Приложение 4 62
Настоящая работа посвящена изучению минерала цоизита и сопутствующих ему минералов из месторождения Мерелани-Хиллс (ориг.Меге1аш Hills) в Танзании (Восточная Африка).
Как известно (Zancanella, 2004; Olivier, 2006), Мерелани-Хиллс - это единственное в мире месторождение драгоценного камня - танзанита - ванадийсодержащего цоизита (до 0,4 вес.% V2O3) синего цвета.
Месторождение было открыто в 1967 году, но уже в 1968 камень впервые представила миру ювелирная компания «Tiffany & Co», сделав его необычайно популярным на геммологическом рынке. Красота танзанита, наряду с его редкостью и большим спросом в ювелирном деле определили высокую стоимость, достигающую 500-800 долларов за карат огранённого камня.
На месторождении цоизит ювелирного качества представлен разноокрашенными разновидностями, а также встречается вместе с ещё одним известным ювелирным камнем - цаворитом - гроссуляром (V2O3 0,2-0,5 вес%) (Oliver, 2006; Harris et al, 2014) и другими минералами, содержащими в качестве элемента- примеси или в качестве минералообразующего компонента ванадий.
Данные по изучению танзанитовой минерализации приведены в работах многих авторов (Malisa et al, 1986; Zancanella, 2004; Olivier, 2006; Giuliani et al 2014; Harris et al, 2014; Feneyrol et al, 2017 и др.), но до сих пор вопрос о формировании танзанита и сопутствующих ему ванадийсодержащих минералов остаётся открытым и требует дополнительных исследований. При этом необходимо отметить, что в опубликованных ранее работах отсутствуют сведения о количественной оценке химических параметров условий формирования танзанитовой минерализации (таких как окислительно-восстановительный потенциал, кислотность-щелочность растворов). Таким образом, реконструкция условий образования танзанита является актуальной задачей. К тому же, автором не были встречены опубликованные материалы по изучению танзанита на русском языке.
Целью настоящего исследования является детальное изучение флюидных включений в цоизите и оценка физико-химических условий формирования танзанитовой минерализации на месторождении Мерелани-Хиллс. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: анализ и систематизация литературных данных; детальное изучение состава включений в разноокрашенных цоизитах ; изучение минеральной ассоциации цоизита; оценка физико-химических условий образования цоизита (T, P, pH, Eh) на месторождении Мерелани-Хиллс.
Используемый в работе каменный материал предоставлен президентом ООО «Соколов» П.Б. Соколовым.
В данной работе были использованы следующие методы и подходы исследования:
• Визуально-оптические методы исследования (стереомикроскоп МБС-10; поляризационный оптический микроскоп ПОЛАМ Р-211; поляризационный микроскоп Leica DM4500 P, снабженный цифровой камерой Leica DFC 495, РЦ «Геомодель»);
• Сканирующая электронная микроскопия (электронный микроскоп Hitachi S-3400N, РЦ «Геомодель», СПбГУ; электронный микроскоп CamScan MX2500, ФГБУ ВСЕГЕИ им А.П. Карпинского);
• Рамановская спектроскопия (спектрометр Horiba LabRam HR800, РЦ «Геомодель», СПбГУ);
• Гомогенизация флюидных включений (термокамера Linkam THMS600, РЦ «Геомодель», СПбГУ);
• Рентгеноструктурный анализ (монокристальный дифрактометр Bruker Apex II, РЦ «Рентгендифракционные методы исследования», СПбГУ)
• Методы моделирования условий среды минералообразования и расчетов минеральных равновесий.
Исследования проводились в Научном парке СПбГУ, ресурсных центрах «Геомодель», «Рентгендифракционные методы исследования», в центре изотопных исследований ФГБУ ВСЕГЕИ им А.П. Карпинского. Расчёт фазовых равновесий проводился на кафедре минералогии Института наук о Земле под руководством Н.И. Пономарёвой. Пробоподготовка проводилась в лаборатории пробоподготовки и пробообработки центра сопровождения образовательных программ СПбГУ М.В.Никитиной.
Результаты, полученные в настоящем исследовании, представлены в виде тезисов на пяти научных конференциях: IV Всероссийской молодёжной научно-практической школе-конференции «Науки о Земле. Современное состояние» (Шира, август 2017), XXVIII Молодежной научной конференции памяти К.О. Кратца (Санкт- Петербург, октябрь 2017), Юбилейном съезде Российского минералогического общества, в честь 200-летия РМО (Санкт-Петербург, октябрь 2017), VII Российской молодежной научно-практической Школе с международным участием «Новое в познании процессов рудообразования» (Москва, ноябрь 2017), VII Всероссийской научной конференции с международным участием «Геммология» (Томск, ноябрь 2017). Полученные результаты доложены на VII Российской молодежной научно-практической Школе с международным участием «Новое в познании процессов рудообразования», проходившей в г. Москва (ноябрь 2017), а также представлены в виде статьи «Флюидные включения в цоизите из месторождения Мерелани Хиллс, Танзания», которая выйдет в №3 журнала «Записки Российского минералогического общества», 2018 года.
Автор выражает искреннюю благодарность П.Б. Соколову президенту ООО «Соколов» за предоставленные образцы цоизита из месторождения Мерелани-Хиллс, В.Н. Бочарову за проведение рамановской спектроскопии и эксперимента по гомогенизации флюидных включений, Н.С. Власенко, С.Ю. Янсон, В.В. Шиловских, А.В. Антонову за проведение микрозондовых исследований, А.А. Золотарёву млад. за проведение рентгеноструктурного анализа, М.В.Никитиной за проведение пробоподготовки.
Отдельную благодарность хотелось бы выразить моему научному руководителю Н.И Пономарёвой за помощь в создании этой работы.
Как известно (Zancanella, 2004; Olivier, 2006), Мерелани-Хиллс - это единственное в мире месторождение драгоценного камня - танзанита - ванадийсодержащего цоизита (до 0,4 вес.% V2O3) синего цвета.
Месторождение было открыто в 1967 году, но уже в 1968 камень впервые представила миру ювелирная компания «Tiffany & Co», сделав его необычайно популярным на геммологическом рынке. Красота танзанита, наряду с его редкостью и большим спросом в ювелирном деле определили высокую стоимость, достигающую 500-800 долларов за карат огранённого камня.
На месторождении цоизит ювелирного качества представлен разноокрашенными разновидностями, а также встречается вместе с ещё одним известным ювелирным камнем - цаворитом - гроссуляром (V2O3 0,2-0,5 вес%) (Oliver, 2006; Harris et al, 2014) и другими минералами, содержащими в качестве элемента- примеси или в качестве минералообразующего компонента ванадий.
Данные по изучению танзанитовой минерализации приведены в работах многих авторов (Malisa et al, 1986; Zancanella, 2004; Olivier, 2006; Giuliani et al 2014; Harris et al, 2014; Feneyrol et al, 2017 и др.), но до сих пор вопрос о формировании танзанита и сопутствующих ему ванадийсодержащих минералов остаётся открытым и требует дополнительных исследований. При этом необходимо отметить, что в опубликованных ранее работах отсутствуют сведения о количественной оценке химических параметров условий формирования танзанитовой минерализации (таких как окислительно-восстановительный потенциал, кислотность-щелочность растворов). Таким образом, реконструкция условий образования танзанита является актуальной задачей. К тому же, автором не были встречены опубликованные материалы по изучению танзанита на русском языке.
Целью настоящего исследования является детальное изучение флюидных включений в цоизите и оценка физико-химических условий формирования танзанитовой минерализации на месторождении Мерелани-Хиллс. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: анализ и систематизация литературных данных; детальное изучение состава включений в разноокрашенных цоизитах ; изучение минеральной ассоциации цоизита; оценка физико-химических условий образования цоизита (T, P, pH, Eh) на месторождении Мерелани-Хиллс.
Используемый в работе каменный материал предоставлен президентом ООО «Соколов» П.Б. Соколовым.
В данной работе были использованы следующие методы и подходы исследования:
• Визуально-оптические методы исследования (стереомикроскоп МБС-10; поляризационный оптический микроскоп ПОЛАМ Р-211; поляризационный микроскоп Leica DM4500 P, снабженный цифровой камерой Leica DFC 495, РЦ «Геомодель»);
• Сканирующая электронная микроскопия (электронный микроскоп Hitachi S-3400N, РЦ «Геомодель», СПбГУ; электронный микроскоп CamScan MX2500, ФГБУ ВСЕГЕИ им А.П. Карпинского);
• Рамановская спектроскопия (спектрометр Horiba LabRam HR800, РЦ «Геомодель», СПбГУ);
• Гомогенизация флюидных включений (термокамера Linkam THMS600, РЦ «Геомодель», СПбГУ);
• Рентгеноструктурный анализ (монокристальный дифрактометр Bruker Apex II, РЦ «Рентгендифракционные методы исследования», СПбГУ)
• Методы моделирования условий среды минералообразования и расчетов минеральных равновесий.
Исследования проводились в Научном парке СПбГУ, ресурсных центрах «Геомодель», «Рентгендифракционные методы исследования», в центре изотопных исследований ФГБУ ВСЕГЕИ им А.П. Карпинского. Расчёт фазовых равновесий проводился на кафедре минералогии Института наук о Земле под руководством Н.И. Пономарёвой. Пробоподготовка проводилась в лаборатории пробоподготовки и пробообработки центра сопровождения образовательных программ СПбГУ М.В.Никитиной.
Результаты, полученные в настоящем исследовании, представлены в виде тезисов на пяти научных конференциях: IV Всероссийской молодёжной научно-практической школе-конференции «Науки о Земле. Современное состояние» (Шира, август 2017), XXVIII Молодежной научной конференции памяти К.О. Кратца (Санкт- Петербург, октябрь 2017), Юбилейном съезде Российского минералогического общества, в честь 200-летия РМО (Санкт-Петербург, октябрь 2017), VII Российской молодежной научно-практической Школе с международным участием «Новое в познании процессов рудообразования» (Москва, ноябрь 2017), VII Всероссийской научной конференции с международным участием «Геммология» (Томск, ноябрь 2017). Полученные результаты доложены на VII Российской молодежной научно-практической Школе с международным участием «Новое в познании процессов рудообразования», проходившей в г. Москва (ноябрь 2017), а также представлены в виде статьи «Флюидные включения в цоизите из месторождения Мерелани Хиллс, Танзания», которая выйдет в №3 журнала «Записки Российского минералогического общества», 2018 года.
Автор выражает искреннюю благодарность П.Б. Соколову президенту ООО «Соколов» за предоставленные образцы цоизита из месторождения Мерелани-Хиллс, В.Н. Бочарову за проведение рамановской спектроскопии и эксперимента по гомогенизации флюидных включений, Н.С. Власенко, С.Ю. Янсон, В.В. Шиловских, А.В. Антонову за проведение микрозондовых исследований, А.А. Золотарёву млад. за проведение рентгеноструктурного анализа, М.В.Никитиной за проведение пробоподготовки.
Отдельную благодарность хотелось бы выразить моему научному руководителю Н.И Пономарёвой за помощь в создании этой работы.
1. В ходе настоящего исследования получены новые данные о составе цоизита и гроссуляра из месторождения Мерелани-Хиллс, при этом выделены их несколько генераций. В цоизите и гранате впервые зафиксированы содержания ванадия, превышающие ранее опубликованные для этого месторождения и в целом для области Лелатема (Olivier, 2006; Bocchio et al, 2012; Feneyrol et al, 2013; Giuliani et al, 2014; Harris et al, 2014; Feneyrol et al, 2017):
Для цоизита.
• выявлен зональный цоизит, для которого характерно существенное увеличение содержания V от центральной к периферической части кристалла до 4,11 вес.% V2O3;
• вокруг зерен сульфидов установлены каёмки клиноцоизита (мухинит) c повышенным содержанием ванадия до 19,7 весМ2О3 %.
Для гроссуляра.
• выявлены зёрна гроссуляра, расположенные по периферии кристаллов цоизита и содержащие от 2,8 до 13,3 вес% V2O3;
• в анортите, тесно ассоциирующим с кристаллами цоизита, установлены мельчайшие зёрна цоизита, в которых концентрации V2O3 варьируют от 12,8 до 18,2 вес%;
• вокруг сульфидов выявлены и изучены каёмки гроссуляра, содержащего V2O3 от 15,3 до 23,8 вес.%.
2. Детально изучены флюидные включения в цоизите из месторождения Мерелани-Хиллс:
• установлен их состав: H2S-S8±(N2)±(CH4)±(H2O-HS-);
• идентифицирован ряд твердых минеральных фаз во флюидных включениях в цоизите: сера, графит, кальцит, кварц, слоистые силикаты группы слюд и группы каолинита. Для не идентифицированных фаз получены спектры комбинационного рассеяния;
• получены температуры частичной гомогенизации флюидных включений (Т1/2средн.= 60-70°C), температура полной гомогенизации соответствует: Тгом=330°С; рассчитаны коэффициент наполнения флюидных включений (Кн = 0,2 - 0,8), доля газовой фазы во включениях (Хг = 1-33%).
3. На основе изучения флюидных включений в цоизите проведена оценка параметров минералообразования: для 400°С Eh--0.6. pH-7.3; оценены активности серосодержащих компонентов (а£8 =10-1), фугитивность метана (/СН4=10-2) и азота (Zn2=10-5).
4. Оценка физико-химических параметров минералообразования проведена на основе анализа минеральных равновесий цоизитовой ассоциации. Совместное существование цоизита, анортита и гроссуляра, содержащего повышенные количества ванадия, для температуры 400 °С возможно при Eh--0,9 и pH-6.9.
Ассоциация клиноцоизита, обогащенного ванадием, и граната с карелианитом при температуре 300°С устойчива при Eh < -0,2, а совместное существование карелиантита с клиноцоизитом возможно при значениях pH-6.2 - 7.8.
Таким образом, физико-химические параметры кристаллизации цоизита (окислительно-восстановительный потенциал и кислотность-щелочность растворов) на месторождении Мерелани-Хиллс оценены Eh - -0.6 - -0,9 В и pH - 6.8 - 7.3. соответственно. Необходимо отметить, что наличие во вмещающих породах - первично-осадочных богатых органическим веществом (Malisa. 2003; Olivier. 2006; Giuliani et al..2008). большого количества ванадия - основного элемента-хромофора в танзаните (Zancanella, 2004; Olivier, 2006). сыграло важную роль в формировании уникальной ювелирной разновидности цоизита синего цвета - танзанита. Благодаря своей красоте он получил широкую известность и популярность на современном рынке ювелирного сырья.
Для цоизита.
• выявлен зональный цоизит, для которого характерно существенное увеличение содержания V от центральной к периферической части кристалла до 4,11 вес.% V2O3;
• вокруг зерен сульфидов установлены каёмки клиноцоизита (мухинит) c повышенным содержанием ванадия до 19,7 весМ2О3 %.
Для гроссуляра.
• выявлены зёрна гроссуляра, расположенные по периферии кристаллов цоизита и содержащие от 2,8 до 13,3 вес% V2O3;
• в анортите, тесно ассоциирующим с кристаллами цоизита, установлены мельчайшие зёрна цоизита, в которых концентрации V2O3 варьируют от 12,8 до 18,2 вес%;
• вокруг сульфидов выявлены и изучены каёмки гроссуляра, содержащего V2O3 от 15,3 до 23,8 вес.%.
2. Детально изучены флюидные включения в цоизите из месторождения Мерелани-Хиллс:
• установлен их состав: H2S-S8±(N2)±(CH4)±(H2O-HS-);
• идентифицирован ряд твердых минеральных фаз во флюидных включениях в цоизите: сера, графит, кальцит, кварц, слоистые силикаты группы слюд и группы каолинита. Для не идентифицированных фаз получены спектры комбинационного рассеяния;
• получены температуры частичной гомогенизации флюидных включений (Т1/2средн.= 60-70°C), температура полной гомогенизации соответствует: Тгом=330°С; рассчитаны коэффициент наполнения флюидных включений (Кн = 0,2 - 0,8), доля газовой фазы во включениях (Хг = 1-33%).
3. На основе изучения флюидных включений в цоизите проведена оценка параметров минералообразования: для 400°С Eh--0.6. pH-7.3; оценены активности серосодержащих компонентов (а£8 =10-1), фугитивность метана (/СН4=10-2) и азота (Zn2=10-5).
4. Оценка физико-химических параметров минералообразования проведена на основе анализа минеральных равновесий цоизитовой ассоциации. Совместное существование цоизита, анортита и гроссуляра, содержащего повышенные количества ванадия, для температуры 400 °С возможно при Eh--0,9 и pH-6.9.
Ассоциация клиноцоизита, обогащенного ванадием, и граната с карелианитом при температуре 300°С устойчива при Eh < -0,2, а совместное существование карелиантита с клиноцоизитом возможно при значениях pH-6.2 - 7.8.
Таким образом, физико-химические параметры кристаллизации цоизита (окислительно-восстановительный потенциал и кислотность-щелочность растворов) на месторождении Мерелани-Хиллс оценены Eh - -0.6 - -0,9 В и pH - 6.8 - 7.3. соответственно. Необходимо отметить, что наличие во вмещающих породах - первично-осадочных богатых органическим веществом (Malisa. 2003; Olivier. 2006; Giuliani et al..2008). большого количества ванадия - основного элемента-хромофора в танзаните (Zancanella, 2004; Olivier, 2006). сыграло важную роль в формировании уникальной ювелирной разновидности цоизита синего цвета - танзанита. Благодаря своей красоте он получил широкую известность и популярность на современном рынке ювелирного сырья.
