СРАВНИТЕЛЬНАЯ КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗУМРУДОВ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (КОЛУМБИЙСКАЯ И УРАЛЬСКАЯ ИЗУМРУДНЫЕ ПРОВИНЦИИ)
|
Аннотация 2
Введение 4
Глава 1 Геолого-минералогический очерк 5
1.1 Краткая геологическая характеристика Уральской изумрудоносной полосы 5
1.2 Геология Мариинского месторождения 10
1.3 Геология Колумбии (Музо, Коскуэс) 15
1.4 Геология изумрудоносной зоны Музо-Коскуэс 17
1.5 Геология изумрудоносной зоны Чивор 19
1.7 Минералогия изумрудоносной зоны 19
Глава 2 Состав, свойства и строение изумрудов 22
Глава 3 Методика исследований 26
3.1 Оптическая спектроскопия 26
3.2 Инфракрасная спектроскопия 28
3.3 Спектроскопия комбинационного рассеяния 29
3.4 Электронный парамагнитный резонанс 30
3.5 Рентгеноструктурный анализ 31
3.6 Люминесцентная спектроскопия 32
3.7 Оптическая микроскопия 33
3.8 Термобарогеохимия 34
Глава 4. Анализ полученных результатов 36
4.1 Оптическая спектроскопия 36
4.2 Инфракрасная спектроскопия 40
4.3 Спектроскопия комбинационного рассеяния 44
4.4 Электронный парамагнитный резонанс 46
4.5 Рентгеноструктурный анализ 50
4.6 Люминесцентная спектроскопия 52
4.7 Оптическая микроскопия 55
4.8 Термобарогеохимия 57
Заключение 61
Список использованных источников 62
Введение 4
Глава 1 Геолого-минералогический очерк 5
1.1 Краткая геологическая характеристика Уральской изумрудоносной полосы 5
1.2 Геология Мариинского месторождения 10
1.3 Геология Колумбии (Музо, Коскуэс) 15
1.4 Геология изумрудоносной зоны Музо-Коскуэс 17
1.5 Геология изумрудоносной зоны Чивор 19
1.7 Минералогия изумрудоносной зоны 19
Глава 2 Состав, свойства и строение изумрудов 22
Глава 3 Методика исследований 26
3.1 Оптическая спектроскопия 26
3.2 Инфракрасная спектроскопия 28
3.3 Спектроскопия комбинационного рассеяния 29
3.4 Электронный парамагнитный резонанс 30
3.5 Рентгеноструктурный анализ 31
3.6 Люминесцентная спектроскопия 32
3.7 Оптическая микроскопия 33
3.8 Термобарогеохимия 34
Глава 4. Анализ полученных результатов 36
4.1 Оптическая спектроскопия 36
4.2 Инфракрасная спектроскопия 40
4.3 Спектроскопия комбинационного рассеяния 44
4.4 Электронный парамагнитный резонанс 46
4.5 Рентгеноструктурный анализ 50
4.6 Люминесцентная спектроскопия 52
4.7 Оптическая микроскопия 55
4.8 Термобарогеохимия 57
Заключение 61
Список использованных источников 62
Изумруд является зеленой разновидностью берилла Be3Al2[Si6Oi8], окраска которой обусловлена примесью атомов трехвалентного хрома, а также железа и ванадия. Изумруд относится к небольшой группе драгоценных камней, пользовавшихся большой известностью и высоко ценившейся во все времена. Основными критериями оценки ювелирных характеристик этого минерала является густота и тональность его окраски, степень насыщения кристаллов дефектами различного рода и, конечно, размеры бездефектных и слабо дефектных областей, пригодных для изготовления граненых и кабошонированных вставок в ювелирные изделия.
Основная цель работы: выявление типоморфных признаков и кристаллохимических особенностей изумрудов Мариинского месторождения (Урал) и месторождения Колумбии (Музо-Чивор-Коскуэс).
Основные задачи:
1. Интерпретация результатов физико-химических методов исследования.
2. Интерпретация результатов исследования кристаллохимических особенностей изумрудов с месторождений Музо-Коскуэс-Чивор (Колумбия) и Изумрудные копи (Россия).
3. Исследованы колориметрические особенности и включения в изумрудах для идентификации сырья и ограненного материала для данных типов месторождений.
В наше время от 50 до 65 % добычи всех изумрудов приходится на Колумбию (конкретный процент год от года сильно меняется в разных направлениях). В период с 2000 по 2010 год объём добычи изумрудов в Колумбии вырос до 78 %. Кроме обычных изумрудов в Колумбии также добывают трапиче-изумруд, который отличает формирование кристаллов в форме колеса со спицами.
Изумрудные копи Урала были открыты Максимом Кожевниковым и Яковом Коковиным в 1831 году в месте впадения реки Токовой в реку Большой Рифт, в 90 км к северо-востоку от Екатеринбурга. Они славятся уникальными по своей величине кристаллами изумрудов, а также александритами и фенакитами.
Основная цель работы: выявление типоморфных признаков и кристаллохимических особенностей изумрудов Мариинского месторождения (Урал) и месторождения Колумбии (Музо-Чивор-Коскуэс).
Основные задачи:
1. Интерпретация результатов физико-химических методов исследования.
2. Интерпретация результатов исследования кристаллохимических особенностей изумрудов с месторождений Музо-Коскуэс-Чивор (Колумбия) и Изумрудные копи (Россия).
3. Исследованы колориметрические особенности и включения в изумрудах для идентификации сырья и ограненного материала для данных типов месторождений.
В наше время от 50 до 65 % добычи всех изумрудов приходится на Колумбию (конкретный процент год от года сильно меняется в разных направлениях). В период с 2000 по 2010 год объём добычи изумрудов в Колумбии вырос до 78 %. Кроме обычных изумрудов в Колумбии также добывают трапиче-изумруд, который отличает формирование кристаллов в форме колеса со спицами.
Изумрудные копи Урала были открыты Максимом Кожевниковым и Яковом Коковиным в 1831 году в месте впадения реки Токовой в реку Большой Рифт, в 90 км к северо-востоку от Екатеринбурга. Они славятся уникальными по своей величине кристаллами изумрудов, а также александритами и фенакитами.
В результате исследований кристаллохимических особенностей изумрудов с месторождений Музо-Коскуэс-Чивор (Колумбия) и Изумрудных копей Урала (Россия) были получены следующие результаты исследований:
1. Общей особенностью оптических спектров поглощения изумрудов является наличие двух широких интенсивных полос поглощения в видимой области связанные с ионами Cr3+, которые изоморфно замещают ионы Al3+ в октаэдрических позициях структуры берилла. В ближней инфракрасной области спектра уральских изумрудов фиксируется широкая и интенсивная полоса поглощения с максимумом в районе 810 нм. Дополнительно в них в районе 2070 нм наблюдается небольшая по интенсивности полоса поглощения, связанная с ионами двухвалентного железа, изоморфно замещающих бериллий в тетраэдрических позициях. Узкие полосы поглощения на длинах волн 1152, 1410, 1898 нм связаны с колебаниями молекул воды в каналах структуры берилла. Широкая полоса в районе 2400-3000 нм связана с колебаниями воды в газово-жидких включениях.
Расчет координат цветности по международной колориметрической системе МКО - 1931: уральские изумруды - X = 535 - 547 нм, величина насыщенности основного цветового тона - 15,13 - 23,03 %, а для колумбийских изумрудов - X = 512 - 527 нм и цветовой тон изменялся в пределах 42,13 - 55,03 %.
Результаты исследования линии колебания воды на длине волны 1898 нм и включений в изумрудах можно использовать для практических геммологический целей для идентификации природных и синтетических ограненных камней и выявлять месторождение, откуда было добыто природное сырье.
2. Метод инфракрасной спектроскопии используется преимущественно для изучения спектров молекул, поскольку именно в ИК-области расположено большинство энергетических переходов между колебательными и вращательными уровнями молекулярных систем. Инфракрасные спектры изумрудов записывались в диапазоне 350-8000 см-1, информативные полосы колебаний кристаллической решетки были обнаружены в районе 400-3800 см-1. Полоса 1201 см-1 соответствует коротковолновому валентному колебанию BeO4 тетраэдра, 959 см-1 - коротковолновому колебанию SiO4 тетраэдра. Полоса 808 см-1 - кольцевая структурная полоса. В интервале 770-590см-1 - интенсивные полосы деформационного типа отнесены к колебаниям BeO4 тетраэдра. Полоса 523 см-1 отнесена к колебаниям AlO6 октаэдра. Полосы в области спектра ниже 500 см-1 обычно относят к длинноволновым колебаниям деформационного типа в SiO4 тетраэдрах.
В результате исследований ИК спектров бериллов в диапазоне 3000-4000 см-1 было выявлено, что в структуре каналов присутствует структурная вода в виде линий на длине волны 3598, 3660 и 3698 см-1. Линии с длинами волн 3598 и 3660 см-1 относятся ко второму типу «щелочной» воды, а линия 3698 см-1 относится к первому типу «без щелочной» воды. По результатам анализов в основном в структуре всех изумрудов преобладает вода II типа, а в изумрудах с месторождения Чивор (Колумбия) очень низкое содержание воды II типа, в основном в этих изумруда находится вода I типа. Исходя из этого, можно говорить об особенных условиях формирования изумрудов в месторождение Чивор по сравнению с другими месторождениями данного вида сырья.
3. Спектры комбинационного рассеяния изумрудов записывались в диапазоне 150-4000 см-1, информативные полосы валентных колебаний кристаллической решетки были обнаружены в районе 200-1200 см-1. Для Уральских изумрудов свойственны следующие линии 230, 323, 398, 421, 528, 687, 1013, 1070 см-1. Для колумбийских изумрудов характерны следующие линии Музо: 327, 340, 444, 530, 688, 1012 и 1069 см-1, для месторождения Чивор - 323, 398, 422, 452, 530, 687, 1015 и 1070 см-1. Сравнительная характеристика спектров комбинационного рассеяния показала, что есть небольшие различия линий для изумрудов с Колумбии и Урала. На длине волны 528 см-1 для уральских образцов есть небольшое смещение, это связано, скорее всего, с изоморфным вхождением железа в структуру октаэдрической позиции алюминия. Для уральских образов присутствует типичная полоса на длине волны 23 0 см-1, и интенсивная линия на длине волны 421 см-1. Природа данных полос не выявлена, но их можно использовать для диагностики уральских образцов.
4. Спектры ЭПР записаны при сканировании магнитного поля в диапазоне 40 - 380 мТл с центром 210 мТл, амплитуда модуляции составила 200 мкТл. Спектры ЭПР с месторождения Чивор показали только линии с g-фактором которые связаны с линиями хрома. В спектрах ЭПР с месторождения Коскуэс были выявлены линии, которые связаны с трехвалентным железом g-фактор 2,35. Наблюдаются еще дополнительные линии предположительно от иона Mn . Спектры ЭПР уральских образцов аналогичных спектрам с месторождения Чивор. Во всех четырех спектрах присутствует сигнал фактором 3,96, но с разной интенсивностью. Образец уральского изумруда показал, что отличается интенсивным сигналом эффективным фактором 2,9 и широкой подложкой.
5. По результатам рентгеноструктурного анализа вмещающей породы с месторождения Музо (Колумбия) показал следующий минеральный состав: кварц, доломит, пирит, мусковит, альбит, берилл. По результатам рентгеноструктурного анализа вмещающей породы с месторождения Чивор (Колумбия) показал следующий минеральный состав: кварц, пирит, маргарит, альбит, берилл, мусковит, микроклин.
6. Люминесценция в изумрудах был выявлен в образцах с Уральских и Колумбийских месторождений. Длина волны при которой происходила люминесценция - 450 нм. Есть небольшие смещения в диапазоне 650-750 нм, они связаны с особенностями кристаллохимии, которые типичны для различных типов месторождений. При сравнении интенсивности полос люминесценции на волне 711-732 нм, с Колумбийский месторождений люминесценция более интенсивная, а с Уральских месторождений менее интенсивная. Это связано с большим содержанием железа, что и приводит к частичному тушению люминесценции в Уральских образцах.
7. При описании шлифов вмещающей горной породы с месторождения Чивор (Колумбия) были выявлены ее структурно-текстурные признаки и особенности минералогического состава.
8. При изучении флюидных включений в изумрудах Мариинского месторождения установлено, что температура эвтектики жидкой фазы изменялась в диапазоне от -12,5°С до -14°С, что может свидетельствовать о присутствии хлоритов калия (KCl) с небольшим количеством хлоритов натрия (NaCl). По температуре плавления льда, установлено, что концентрация солей изменяется от 4,0 до 4,4 мас. % NaCl экв. Температура гомогенизации включений в изумрудах равна 244—302°С. По результатам криометрии включений в Колумбийских изумрудах установлено, что температура эвтектики изменяется от -77,5°С до -65°С, что, свидетельствует о присутствии в составе флюида хлоритов лития и хлорита натрия (LiCl-NaCl) с небольшим количеством хлоритов кальция (CaCl2). По температуре плавления льда установлено, что концентрация солей изменялась от 35 до 38 мас. % LiCl экв. При нагревании выше 345°С происходила декрипитация включений, при том, что кристаллики соли полностью не растворились. Это вероятно связано с повышенной концентрацией солей в составе включений.
Из исследований, которые были описаны выше, можно сделать выводы о сложности и многостадийности формирования месторождений изумрудов Урала и Колумбии и их разной геохимической спецификой.
1. Общей особенностью оптических спектров поглощения изумрудов является наличие двух широких интенсивных полос поглощения в видимой области связанные с ионами Cr3+, которые изоморфно замещают ионы Al3+ в октаэдрических позициях структуры берилла. В ближней инфракрасной области спектра уральских изумрудов фиксируется широкая и интенсивная полоса поглощения с максимумом в районе 810 нм. Дополнительно в них в районе 2070 нм наблюдается небольшая по интенсивности полоса поглощения, связанная с ионами двухвалентного железа, изоморфно замещающих бериллий в тетраэдрических позициях. Узкие полосы поглощения на длинах волн 1152, 1410, 1898 нм связаны с колебаниями молекул воды в каналах структуры берилла. Широкая полоса в районе 2400-3000 нм связана с колебаниями воды в газово-жидких включениях.
Расчет координат цветности по международной колориметрической системе МКО - 1931: уральские изумруды - X = 535 - 547 нм, величина насыщенности основного цветового тона - 15,13 - 23,03 %, а для колумбийских изумрудов - X = 512 - 527 нм и цветовой тон изменялся в пределах 42,13 - 55,03 %.
Результаты исследования линии колебания воды на длине волны 1898 нм и включений в изумрудах можно использовать для практических геммологический целей для идентификации природных и синтетических ограненных камней и выявлять месторождение, откуда было добыто природное сырье.
2. Метод инфракрасной спектроскопии используется преимущественно для изучения спектров молекул, поскольку именно в ИК-области расположено большинство энергетических переходов между колебательными и вращательными уровнями молекулярных систем. Инфракрасные спектры изумрудов записывались в диапазоне 350-8000 см-1, информативные полосы колебаний кристаллической решетки были обнаружены в районе 400-3800 см-1. Полоса 1201 см-1 соответствует коротковолновому валентному колебанию BeO4 тетраэдра, 959 см-1 - коротковолновому колебанию SiO4 тетраэдра. Полоса 808 см-1 - кольцевая структурная полоса. В интервале 770-590см-1 - интенсивные полосы деформационного типа отнесены к колебаниям BeO4 тетраэдра. Полоса 523 см-1 отнесена к колебаниям AlO6 октаэдра. Полосы в области спектра ниже 500 см-1 обычно относят к длинноволновым колебаниям деформационного типа в SiO4 тетраэдрах.
В результате исследований ИК спектров бериллов в диапазоне 3000-4000 см-1 было выявлено, что в структуре каналов присутствует структурная вода в виде линий на длине волны 3598, 3660 и 3698 см-1. Линии с длинами волн 3598 и 3660 см-1 относятся ко второму типу «щелочной» воды, а линия 3698 см-1 относится к первому типу «без щелочной» воды. По результатам анализов в основном в структуре всех изумрудов преобладает вода II типа, а в изумрудах с месторождения Чивор (Колумбия) очень низкое содержание воды II типа, в основном в этих изумруда находится вода I типа. Исходя из этого, можно говорить об особенных условиях формирования изумрудов в месторождение Чивор по сравнению с другими месторождениями данного вида сырья.
3. Спектры комбинационного рассеяния изумрудов записывались в диапазоне 150-4000 см-1, информативные полосы валентных колебаний кристаллической решетки были обнаружены в районе 200-1200 см-1. Для Уральских изумрудов свойственны следующие линии 230, 323, 398, 421, 528, 687, 1013, 1070 см-1. Для колумбийских изумрудов характерны следующие линии Музо: 327, 340, 444, 530, 688, 1012 и 1069 см-1, для месторождения Чивор - 323, 398, 422, 452, 530, 687, 1015 и 1070 см-1. Сравнительная характеристика спектров комбинационного рассеяния показала, что есть небольшие различия линий для изумрудов с Колумбии и Урала. На длине волны 528 см-1 для уральских образцов есть небольшое смещение, это связано, скорее всего, с изоморфным вхождением железа в структуру октаэдрической позиции алюминия. Для уральских образов присутствует типичная полоса на длине волны 23 0 см-1, и интенсивная линия на длине волны 421 см-1. Природа данных полос не выявлена, но их можно использовать для диагностики уральских образцов.
4. Спектры ЭПР записаны при сканировании магнитного поля в диапазоне 40 - 380 мТл с центром 210 мТл, амплитуда модуляции составила 200 мкТл. Спектры ЭПР с месторождения Чивор показали только линии с g-фактором которые связаны с линиями хрома. В спектрах ЭПР с месторождения Коскуэс были выявлены линии, которые связаны с трехвалентным железом g-фактор 2,35. Наблюдаются еще дополнительные линии предположительно от иона Mn . Спектры ЭПР уральских образцов аналогичных спектрам с месторождения Чивор. Во всех четырех спектрах присутствует сигнал фактором 3,96, но с разной интенсивностью. Образец уральского изумруда показал, что отличается интенсивным сигналом эффективным фактором 2,9 и широкой подложкой.
5. По результатам рентгеноструктурного анализа вмещающей породы с месторождения Музо (Колумбия) показал следующий минеральный состав: кварц, доломит, пирит, мусковит, альбит, берилл. По результатам рентгеноструктурного анализа вмещающей породы с месторождения Чивор (Колумбия) показал следующий минеральный состав: кварц, пирит, маргарит, альбит, берилл, мусковит, микроклин.
6. Люминесценция в изумрудах был выявлен в образцах с Уральских и Колумбийских месторождений. Длина волны при которой происходила люминесценция - 450 нм. Есть небольшие смещения в диапазоне 650-750 нм, они связаны с особенностями кристаллохимии, которые типичны для различных типов месторождений. При сравнении интенсивности полос люминесценции на волне 711-732 нм, с Колумбийский месторождений люминесценция более интенсивная, а с Уральских месторождений менее интенсивная. Это связано с большим содержанием железа, что и приводит к частичному тушению люминесценции в Уральских образцах.
7. При описании шлифов вмещающей горной породы с месторождения Чивор (Колумбия) были выявлены ее структурно-текстурные признаки и особенности минералогического состава.
8. При изучении флюидных включений в изумрудах Мариинского месторождения установлено, что температура эвтектики жидкой фазы изменялась в диапазоне от -12,5°С до -14°С, что может свидетельствовать о присутствии хлоритов калия (KCl) с небольшим количеством хлоритов натрия (NaCl). По температуре плавления льда, установлено, что концентрация солей изменяется от 4,0 до 4,4 мас. % NaCl экв. Температура гомогенизации включений в изумрудах равна 244—302°С. По результатам криометрии включений в Колумбийских изумрудах установлено, что температура эвтектики изменяется от -77,5°С до -65°С, что, свидетельствует о присутствии в составе флюида хлоритов лития и хлорита натрия (LiCl-NaCl) с небольшим количеством хлоритов кальция (CaCl2). По температуре плавления льда установлено, что концентрация солей изменялась от 35 до 38 мас. % LiCl экв. При нагревании выше 345°С происходила декрипитация включений, при том, что кристаллики соли полностью не растворились. Это вероятно связано с повышенной концентрацией солей в составе включений.
Из исследований, которые были описаны выше, можно сделать выводы о сложности и многостадийности формирования месторождений изумрудов Урала и Колумбии и их разной геохимической спецификой.