Закономірності зміни складу мінералів з докембрійських порід Українського щита

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України

УДК 549.001.61(447)“611”

Закономірності зміни складу мінералів з докембрійських порід Українського щита

Спеціальність 04.00.20 - мінералогія, кристалографія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора геологічних наук

Легкова Галина Вікторівна

Київ 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України, Технічному центрі НАН України, Національному авіаційному університеті МОН України

Науковий консультант доктор геолого-мінералогічних наук, професор ПАВЛИШИН Володимир Іванович, Київський національний університет ім. Т. Шевченка, професор кафедри мінералогії, геохімії і петрології

Офіційні опоненти: доктор геолого-мінералогічних наук, доцент ВАЛЬТЕР Антон Антонович, Інститут прикладної фізики НАН України, завідувач відділом фізичних методів аналізу руд

доктор геолого-мінералогічних наук, професор МАТКОВСЬКИЙ Орест Іллярович, Львівський національний університет ім. І. Франка, професор кафедри мінералогії

доктор геолого-мінералогічних наук, професор ПАНОВ Борис Семенович, Донецький національний технічний університет, професор кафедри корисних копалин та екологічної мінералогії

Провідна установа: Криворізький технічний університет МОН України, кафедра теоретичної і прикладної мінералогії

Захист відбудеться „23„ січня 2007 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.203.01 Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України за адресою: 03680, Київ-142, пр. Акад. Палладіна, 34.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України (03680, Київ-142, пр. Акад. Палладіна, 34)

Автореферат розісланий „21” грудня 2006 року

Учений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат геологічних наук Д.С. Черниш

мінералогічний докембрійський зондовий

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасна наука не має технічних засобів для штучного відтворення геологічних процесів, оскільки їх тривалість і обсяги надзвичайно великі. Із-за неможливості безпосередньої експериментальної перевірки, особливу роль у геології відіграють моделі, правильність яких визначається здатністю описувати геологічні події та явища. Основу моделей становлять закономірності і аксіоми, що й визначає їх фундаментальне місце у геології.

Зміни складу мінерального індивиду і мінерального виду як природних об'єктів мінералогії, на думку Д.П. Григорьєва, є основоположними чинниками геологічних подій, тому виявлення відповідних закономірностей є вельми важливим. Подібність змін в мінералах із різних типів порід (за складом, різної стратиграфічної позиції, різного віку тощо) означає, що поряд із зовнішніми, існують внутрішні причини змін, які пов'язані між собою. Це треба враховувати при з'ясуванні генезису, особливо, мінералів із найдавніших докембрійських утворень. Нині в геології накопичено великий обсяг даних про гетерогенний склад мінералів, які свідчать про закономірність змін, але кількісного методу для оцінки динаміки зміни складу не існує.

Отже, актуальність цього дослідження визначається фундаментальністю проблеми зміни складу мінералів в геології, в тому числі складу мінералів із докембрійських порід, відсутністю кількісних законів і методів оцінки макро- і мікрозміни хімічного складу мінеральної речовини.

Представлена дисертація - праця мінералогічного напряму, присвячена з'ясуванню закономірностей зміни складу породоутворювальних (олівіни, гранати, піроксени, амфіболи, слюди) та акцесорних (циркон, монацит) мінералів на основі експериментальних даних, отриманих комплексом фізико-хімічних методів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана протягом 1986-2005 р.р. за науковими темами: „Фазы минерализации и закономерности металлоносности осадочно-вулканогенных формаций центральной части Украинского щита”, 1985-1990 р.р. (ДР № 0183007753) ІГФМ АН УРСР; „Геохронологія і ізотопна геохімія грануліт-гнейсових і граніт-зеленокам'яних комплексів Українського щита”, 1985-1990 р.р. (ДР № 01860022365) ІГФМ АН УРСР; „Геохронологія та ізотопна геохімія мафітів Українського щита”, 1991-1995 р.р. (ДР № UА01002293Р) ІГМР НАН України; „Мінералогія лужних порід”, 1991-1995 р.р. (ДР № UА01002299Р) ІГМР НАН України; “Взаємозв'язок атомно-молекулярної архітектури, електронної будови і функціональної поведінки фізичних нелінійних структур”, 2003-2005 р.р (Тема № 6) Технічний Центр НАН України; „Дослідження впливу внутрішньої та зовнішньої радіації на конституцію природних об'єктів”, 2004-2005 р.р. (№59а-ф5/к147) Національний авіаційний університет МОН України. В зазначених темах автор була відповідальним виконавцем або виконавцем розділів, повязаних із розробкою і застосуванням електронно-зондового методу, виявленням закономірностей зміни складу мінералів.

Мета дослідження. Виявити закономірності зміни хімічного складу мінералів на мікро- і макрорівні та з'ясувати їх природу.

Задачі дослідження:

1. Вдосконалити електронно-зондовий метод для створення нових можливостей мікроаналізу мінералів.

2. Знайти спосіб зображення інформації для переходу від якісної до кількісної характеристики зміни складу мінералів.

3. Виявити особливості зміни складу мінералів із різних за складом і генезисом порід.

4. Використати динамічні характеристики складу мінералів для виявлення особливостей метаморфічних мінералів та фаціального розчленування порід за їх параметрами.

5. Виявити особливості прояву мікрогетерогенності породоутворювальних та акцесорних мінералів із докембрійських порід Українського щита (УЩ).

6. З'ясувати ознаки внутрішнього перетворення мінералів та їх природу.

7. Оцінити дію зовнішньої та внутрішньої радіації на конституцію породоутворювальних та акцесорних мінералів.

Об'єкти дослідження: хімічний склад і гетерогенність складу мінералів, що виявляється на різних рівнях - від елементів анатомії мінералів, мінеральних індивидів до мінеральних агрегатів, порід, руд тощо; склад мінералів залежно від РТ-умов; радіаційна дія на мінерали; явище метаміктності.

Предмет дослідження - закономірності зміни складу породоутворювальних і акцесорних мінералів із докембрійських порід Середньопридніпровського, Приазовського і Дністерсько-Бузького мегаблоків Українського щита та інших регіонів.

Методи дослідження: електронно-зондовий мікроаналіз, хімічний аналіз, електронна мікроскопія, фотоелектронна спектроскопія, фотолюмінесцентний метод, інфра-червона спектроскопія (ІЧС), методи електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) та ядерної гама-резонансної спектроскопії (ЯГРС).

Фактичний матеріал. В основу роботи покладено результати визначення складу породоутворювальних і акцесорних мінералів, отримані різними методами, комп'ютерна обробка результатів, особисті спостереження і напрацювання автора.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що було вперше:

1. Відкрито існування закономірної зміни вмісту певних компонентів мінералів, що проявляється на рівні елементів анатомії мінералів, мінеральних індивидів, генерацій мінералу, мінерального виду тощо.

2. Запропоновано кількісно оцінювати зміни складу мінералів (метод динамічних зв'язків) за допомогою лінійної апроксимаційної залежності y=ax+b (R²), де x та y - вміст компонентів мінерала, а R² - коефіцієнт кореляції лінійної апроксимації. Параметри залежностей відображають ступінь зміни складу мінеральних індивидів і характеризують особливості генезису мінерального виду.

3. Встановлено лінійні зв'язки між вмістом певних компонентів у мінералах внаслідок зміни (експеримент) фізико-хімічних параметрів (тиску, температури, фугітивності).

4. Запропоновано фаціальне розчленування порід на основі параметрів лінійного зв'язку між компонентами складу амфіболів.

5. Виконано порівняння метаморфічних порід і гранітоїдів Приазовського, Дністерсько-Бузького і Середньопридніпровського мегаблоків УЩ на основі аналізу параметрів лінійних рівнянь, отриманих за складом мінералів.

6. На локальному рівні схарактеризовано результати дії опромінення на склад амфіболів.

7. Висунуто припущення про утворення і нагромадження фуллеренів у мінералах, як причину метаміктності.

Теоретичне значення отриманих результатів визначається встановленням існування закономірної зміни складу мінералів, переходом від якісної до кількісної характеристики зміни складу мінералів, з'ясуванням ролі зовнішніх і внутрішніх чинників еволюції мінералів.

Практичне значення отриманих результатів визначається: розробкою методу динамічних зв'язків, який може бути використаний для кількісної оцінки зміни хімічного складу будь яких мінералів; способом фаціального розчленування порід на основі параметрів лінійного зв'язку між оксидами Si і Al в амфіболах; розробленими способами та методиками електронно-зондового мікроаналізу мінералів („Спосіб обробки кристалів” - авторське свідоцтво, „Спосіб електронно-зондового визначення вмісту різних іонів перехідного елементу” - патент України, „Спосіб квантометричного електронно-зондового мікроаналізу амфіболів”).

Особистий внесок здобувача. Дисертація містить результати досліджень, виконаних безпосередньо автором. Авторові належить вибір об'єктів і комплексу методів досліджень, постановка задач дослідження і узагальнення результатів, отриманих автором та виконаної обробки літературних даних. Матеріали дисертації не містять ідей і розробок співавторів публікацій, а також матеріалів кандидатської дисертації.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися на: Всесоюзной школе-семинаре “Методы изотопной геологии”, Звенигород, 1987; XV Всесоюзном совещании по рентгеновским исследованиям, Ленинград, 1988; Всесоюзном петрологическом совещании, 1988, Ленинград; I Всесоюзной школе-семинаре “Микрозонд и прогресс в геологии”, Суздаль, 1989; Всесоюзном совещании (XXIV сессия) “Изотопное датирование эндогенных рудных формаций”, Киев, 1990; ХI Conference of Analytical Atomic Spectroscopy (CANAS) USSR, 1990; Всесоюзной школе-семинаре “Методы изотопной геологии” Звенигород, 1991; III Symposium of Mineralogy, Baia Mare, 1995; З'їзді УМТ, Київ, 2001; IV Всероссийской конференции по рентгеноспектральному анализу. Иркутск, 2002; IX International Confer. “Mosssbauer spectroscopy and its applications”, Ekaterinburg, Russia, 2004; 16 Міжнародній конференції з фізики радіаційних явищ та радіаційного матеріалознавства. Алушта, 2004; Міжнародній конференції „Наноструктури та системи” (НАНСИС-2004), Київ, 2004; V Международном симпозиуме “Минералогические музеи”, Санкт-Петербург, Россия, 2005; Міжнародній науковій конференції, присвяченій 100-річчю з дня народження академіка НАН України М.П. Семененка „Геохімія і рудоутворення”, Київ, 2005, V і VI міжнародних наукових конференціях студентів та вчених ”Політ”, Київ, квітень 2005, 2006.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 51 працю, в тому числі: 1 монографію, 31 статтю у фахових виданнях ВАК, 17 тез і матеріалів конференцій. Отримано 1 патент України та 1 авторське свідоцтво на винахід.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел із 214 найменувань на 20 стор. і додатку. Загальний обсяг дисертації складає 675 стор. і містить 57 таблиць, 85 рисунків; з них у додатку, розміщенному на 318 стор., - 44 таблиці і 46 рисунків.

Автор висловлює щиру подяку науковому консультанту професору В.І. Павлишину за плідні консультації і безпосередню участь у з'ясуванні природи встановлених закономірностей.

Автор глибоко вдячна за допомогу в розробці фізичних моделей і методик завідувачу кафедри прикладної фізики Національного авіаційного університету, професору, доктору фіз.-мат. наук, академіку НАН України А.П. Шпаку, директору Технічного центру Г.Г. Влайкову та співробітникам кафедри Н.М. Андріяновій, В.В. Філіппських за безпосередню технічну допомогу.

Вважаю своїм обов'язком подякувати директору ІГМР НАН України, академіку НАН України М.П. Щербаку за прискіпливе ставлення до напряму і результатів досліджень та спрямування їх на генетичні задачі.

Автор завдячує доктору фіз.-мат. наук СВ РАН Ю.Г. Лаврентьєву, доктору фіз.-мат. наук А.С. Литовченку, доктору геол.-мін. наук, чл.-кореспонденту НАН України О.М. Пономаренку, докторам геол.-мін. наук Г.В. Артеменку, Д.К. Возняку, В.М. Загнітку, В.М. Квасниці, С.Г. Кривдіку, А.М. Таращану, М.М. Тарану, канд. технічних наук В.Г. Войткевич, кандидатам геол.-мін. наук Ю.А. Галабурді, В.П. Іваницькому, В.М. Крочуку, А.О. Кульчицькій, І.М. Лісній, Т.М. Лупашко, В.С. Мельникову, Е.О. Нікуліній, В.О. Стульчикову, науковим співробітникам І.М. Бондаренку, К.О. Ільченко, мол. наук. співробітнику Технічного центру В.Б. Соболєву. Щира подяка всім, хто своєю позитивною критикою, науковими дослідженнями та спільною роботою сприяв подоланню стереотипів, отриманню інформації про мікроявища в мінералах та усвідомленню механізму їх дії. Користуючись нагодою, хочу вшанувати пам'ять Вчителів - академіків АН УРСР М.П. Семененка, О.С. Поваренних, Є.К. Лазаренка, професорів І.Б. Щербакова, О.І Слензака, ст. наук. співробітників М.С. Стеценка, В.Л. Бойка, В.С. Монахова, з якими автору пощастило працювати і спілкуватися.

ЗМІСТ РОБОТИ

МІНЕРАЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА І ГЕНЕЗИС МІНЕРАЛІВ ІЗ ДОКЕМБРІЙСЬКИХ ПОРІД ПРИАЗОВСЬКОГО, ДНІСТЕРСЬКО-БУЗЬКОГО І СЕРЕДНЬОПРИДНІПРОВСЬКОГО МЕГАБЛОКІВ УКРАЇНСЬКОГО ЩИТА

Приділено основну увагу петрологічним відмінностям Приазовського (гранулітові, амфіболітові і зелено-сланцеві утворення), Дністерсько-Бузького (гранітоїдні формації при відсутності низькометаморфізованих порід) і Середньопридніпровського (давні граніт-зеленокам'яні утворення низьких фацій метаморфізму) мегаблоків УЩ та дискусійним питанням генезису порід цих геологічних структур. Зазначено обмежену можливість розчленування та кореляції докембрійських високотемпературних порід геологічними методами. Розглянуто загальні характеристики складу породоутворювальних (олівін, піроксен, гранат, амфібол, слюда) і акцесорних (циркон, монацит) мінералів, а також їх особливості, зумовлені магматичним або метаморфічним походженням. Наведено типоморфні ознаки та індикаторні параметри складу мінералів, які традиційно використовують у генетичній мінералогії. Автор підтримує тезу (Р. Еванс, 1948; О.І.Слензак, 1960), що породоутворювальні мінерали є силіцієвими полімерами, а перетворення головних силікатних мінералів - процесом полімеризації силіцій-кисневих тетраедрів із заміною меланократових мінералів лейкократовими. Зростання вмісту заліза в межах мінерального виду зумовлено зниженням РТ-умов мінералоутворення, чим пояснюється накопичення в мінеральних індивидах (кластери та фази) хімічних елементів групи заліза з утворенням у них з часом власне мінералів заліза та виділенням їх на етапі руйнування мінералу. В породі склад мінералів взаємопов'язаний, що визначається стійкістю мінеральних парагенезисів, а зміна складу породоутворювальних мінералів іде в бік зменшення порядкового номеру компонентів їх складу від Mg, Ca, Si до Na, К, Al.

МЕТОД ДИНАМІЧНИХ ЗВ'ЯЗКІВ МІЖ ВМІСТОМ КОМПОНЕНТІВ МІНЕРАЛІВ

Запропоновано дослідження динаміки зміни складу мінералів на основі апроксимації залежностей між парами компонентів складу мінеральних індивидів (мінерального виду) лінійною функцією Y = aX + b. Встановлено, що в межах кожного мінерального виду є стійкі пари компонентів, зміна вмісту яких надійно апроксимується лінійною залежністю з коефіцієнтом кореляції лінійної апроксимації R². Зміна компонентів може бути закономірною однонаправленою, різнонаправленою або незакономірною. Показано, що стехіометричні свіввідношення між компонентами не є причиною лінійних змін компонентів у багатокомпонентних мінералах, оскільки кількість компонентів (змінних) перевищує кількість рівнянь (табл. 1). Нехтуючи домішками і похибками аналізу (?, ??, ???>0), для гранатів маємо 6 рівнянь і 7 змінних, для піроксенів - 6 рівнянь і 10 змінних, для амфіболів - 7 рівнянь і 11 змінних. Взаємна зміна традиційно ізоморфних компонентів часто не виявляє функціонального зв'язку або не відповідає поняттю ізоморфізма (Zr і Hf змінюються однонаправлено; достовірність зв'язку між Mg і Fe2+ менша, ніж між Mg і сумарним Fе, існує достовірна різнонаправлена зміна Mg і Na тощо). Ізоморфізм є одним із способів досягнення більш стійких хімічних комплексів, аналогічних хімічним сполукам. У природі ця стійкість, ймовірно, реалізується через взаємопов'язану лінійну зміну певних компонентів у системі зі змінною кількістю частинок.

Таблиця 1 Залежності між вмістом компонентів (С_оксид), які визначаються стехіометрією мінералів

Гранати	Піроксени	Амфіболи
1. СMgO+СFeO+CFe2O3+ СSiO2+ ССаО+САl2O3 +СTiO2+…+?=1	1. СNa2O+СMgO+СFeO+CFe2O3+ CMnO+СSiO2+ССаО+САl2O3+ СTiO2+….+?=1	1.СK2O+СNa2O+ССаО+СMgO+СFeO+ CFe2O3+СMnO+ СSiO2+САl2O3+ СCr2O3+СTiO2+?=1
2. СSiO2/SiO2 /A = 3	2. СSiO2/SiO2 +??/A = 2	2. СAl2O3IV= (8A? СSiO2/SiO2)Al2O3
3. (СMgO/MgO+ССаО/ CaO +СFeO/FeO+??)/A = 3	3. (СMgO/MgO+CMnO/MnO+ СFeO/FeO+СFeO/Fe2O3+САl2O3/ Аl2O3+СTiO2/TiO2+???)/A = 1+x	3. (СMgO/MgO+СMnO/MnO+ ССаО/CaO+СFeO/FeO +??)= 2A
4. (САl2O3/Al2O3+CFe2O3 /FeO+ СTiO2/TiO2 + +???)/A = 3	4. (СNa2O/Na2O+ССаО/CaO+????)/A =1-x	4. 2(САl2O3?СAl2O3IV)/Al2O3+ 2CFe2O3/ Fe2O3+СTiO2/TiO2+ 2СCr2O3/Cr2O3+???)=5A
5. 2СMgO+2СFeO+3CFe2O3 +4СSiO2 +2ССаО+3САl2O3 4СTiO2+…+?=24	5. A=1/6(СMgO/MgO+СFeO/FeO+ 2СSiO2/SiO2+?????)	5. СK2O+СNa2O+2ССаО+2СMgO+ 2СFeO+2СMnO+3CFe2O3+3САl2O3+ 3СCr2O3+4СSiO2+4СTiO2=44
6. A=1/12(СMgO/MgO+ СFeO/FeO+2СSiO2/SiO2+ +?)	6. СNa2O+2СMgO+2СFeO+3CFe2O3+ CMnO +4СSiO2+2ССаО+3САl2O3+ 4СTiO2+…+?=12	6. A=1/22(СK2O/K2O+СNa2O/ Na2O+СMgO/MgO+СFeO/FeO+ 3CFe2O3 /Fe2O3 +ССаО/CaO+ 3СCr2O3/Cr2O3 +2СTiO2/TiO2 + 2СSiO2/SiO2 + ???)
		7. СK2O/K2O+ СNa2O/Na2O?2A

Параметри рівнянь апроксимації (a, b, R²) складу мінералів корелюють з умовами їх генезису, отже, можуть бути використані для генетичних побудов; існування закономірної зміни певних компонентів мінералу дозволяє кількісно схарактеризувати процеси зміни складу в мінералах.

ОСОБЛИВОСТІ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ І ЗАКОНОМІРНА ЗМІНА КОМПОНЕНТІВ ПОРОДОУТВОРЮВАЛЬНИХ МІНЕРАЛІВ ІЗ ПОРІД ПРИАЗОВСЬКОГО, ДНІСТЕРСЬКО-БУЗЬКОГО І СЕРЕДНЬОПРИДНІПРОВСЬКОГО МЕГАБЛОКІВ УЩ

Досліджено динаміку зміни складу породоутворювальних мінералів із докембрійських порід Приазовського мегаблока, а саме: Сорокінської зелено-кам'яної структури (СЗС), Чернігівського карбонатитового комплексу (ЧКК), прирозломних ураноносних альбититів. Виявлено таке:

В олівінах із ЧКК існує тенденція однонаправленої лінійної зміни Al(Si), Al(Mg), а в олівінах із СЗС - різнонаправленої зміни тільки Fe(Mg), Fe(Si), але з високою достовірністю лінійної апроксимації, як і в ЧКК. За складом гранатів із СЗС закономірних змін складу не виявлено, тоді як для гранатів із ЧКК отримано різнонаправлений лінійний зв'язок між компонентами Fe(Al). Встановлено надійні лінійні зв'язки між компонентами Fe-Mg, Fe-Si і Fe-(Mg+Са+Si) окремо в моноклінних і ромбічних піроксенах із СЗС, тоді як між іншими компонентами закономірної зміни не виявлено. Аналогічні зміни мають місце в піроксенах із ЧКК, але в них ще проявлена тенденція лінійної зміни компонентів Na(Mg),

(Na+К)= f(Mg+Са) та Na+K+Al=f(Ca+Mg+Si).

Склад обох піроксенів - ромбічного і моноклінного - відображає загальний процес, пов'язаний з лінійним збільшенням вмісту Fe за рахунок зменшення Mg, Si, Са, як в ЧКК, так і в СЗС. В ЧКК у піроксенів з'являються додаткові зв'язки за рахунок лужних компонентів, які характерні для карбонатитів. У піроксенів з прирозломних ураноносних альбітитів кількість зв'язків і ступінь лінійності зміни компонентів значно більша. Точки складу обох піроксенів лягають на різні ділянки однієї прямої, що свідчить про їх зміну в одному процесі. Таким чином, піроксени генетично пов'язані, хоча і фіксується 2 етапи їх розвитку. Лінійність та значення параметрів залежностей у ромбічних піроксенів вищі, ніж в моноклінних, що означає їх першість у процесі збільшення Fe, Na, K, Al за рахунок зменшення Ca, Mg, Si. Виявлено зміну складу амфіболів куммінгтоніт-грюнеритового, тремоліт-актинолітового рядів та ряду рогових обманок із порід СЗС. Закономірна синхронна лінійна зміна компонентів свідчить, що рогові обманки та більшість амфіболів тремоліт-актинолітового ряду об'єднані одним неперервним процесом регресивних метаморфічних перетворень, тоді як амфіболи куммінгтоніт-грюнеритового ряду є, мабуть, наступним, якісно іншим етапом цієї гілки. Амфіболи із порід ЧКК змінюють склад у більшості випадків незакономірно, крім Fe(Mg), Fe(Mg+Si), Fe(Mg+Са+Si), Al(Si), Na+Al=f(Si), Na+K+Al ? Ca+Mg+Si. На графіках зміна компонентів має вигляд ламаної, яка складається з двох прямих. Це свідчить про розривний, двостадійний процес зміни складу амфіболів, причому, зі зменшенням швидкості на останному етапі. За зміною складу амфіболи з прирозломних ураноносних альбититів чітко поділяються на дві групи, як і піроксени. Лінійні залежності виявлені між компонентами Fe(Mg), Fe(Si), Fe(Mg+Si), Na(Mg), K(Ca),

Na+K= f(Ca+Mg), Na+K+Al= f(Ca+Mg+Si).

Відсутній зв'язок між Al і Si, що є не типовим для амфіболів.

Склад слюд із СЗС проаналізовано на предмет існування залежностей між компонентами (рис.1). Аналіз зв'язків між компонентами складу слюд виявляє схожість динаміки зміни складу біотитів і мусковітів та відмінність біотитів і флогопітів, що, виходячи з кристалохімічних міркувань та ізоморфізму між Fe і Mg, є несподіваним. У той же час має місце подібність біотитів до ромбічних піроксенів, мусковітів - до моноклінних піроксенів, тобто мінералів групи піроксенів, а флогопітів - до амфіболів (за лінійними залежностями між компонентами), що може свідчити про їхні генетичні зв'язки. Це демонструє можливості застосування лінійних залежностей в задачах генетичної мінералогії, а подібність лінійних зв'язків свідчить про еволюційний характер перетворень в мінералах, що є причиною стійких мінеральних парагенезисів за певних РТ-умов. Методом електронно-зондового мікроаналізу досліджено мінерали сиєніт-пегматитових порід Південно-Кальчицького масиву (Східне Приазов'я). Встановлено особливості складу та незвичайні прояви їх гетерогенності на мікрорівні, а саме: високий вміст Fe у мінералах,присутність в олівінах фаз з „легкими” елементами, включень магнетита в оточенні амфібола (скла?) зі Sc, надзвичайно гетерогенну хімічну і фазову будову мінеральних індивидів, перетворення мінеральних індивидів, що йдуть із середини, а не з краю зерен.

У Дністерсько-Бузькому мегаблоці досліджено, за результатами електронно-зондового мікроаналізу, зв'язки між компонентами гранатів, піроксенів і амфіболів із кристалосланців та ендербіто-гнейсів Хащевато-Завальєвської структури. Між компонентами гранатів із кристалосланців на графіках Fe(Mg), Fe(Si), Fe(Mg+Si), Fe(Mg+Са+Si), Al(Ti) існує тенденція різнонаправленої лінійної зміни, а на графіках Al(Mg), Al(Si) - однонаправленої. В ендербіто-гнейсах закономірні зв'язки між цими компонентами гранатів відсутні. В обох породах надійно фіксується (R²?0,95) різнонаправлена лінійна зміна компонентів Fe(Mg+Са+Si). Ступінь лінійності апроксимацій значно вищий у гранатах із кристалосланців (рис. 2). З позиції еволюції мінералів це може означати, що кристалосланці більш перетворені породи, які пройшли через стадію ендербіто-гнейсів і утворені за їх рахунок.

В усіх породах спостерігається перекриття складу з одночасним існуванням реліктового і новоутвореного піроксену. Параметри рівнянь апроксимації Fe(Mg) за складом ромбічних піроксенів з ендербіто-гнейсів та кристалосланців близькі, аналогічно - за складом моноклінних піроксенів. Їх відмінність на графіку Fe(Mg) зображається квазіпаралельними прямими. У ромбічних піроксенів відсутні закономірні зміни компонентів Al(Mg), Al(Si), Al(Тi) (рис. 3), тоді як у моноклінних вони майже лінійні, як у амфіболів. Це свідчить про подібність моноклінних піроксенів до амфіболів за характером процесу, що відповідає заміні „сіми” (Ca+Mg+Si) на „сіаль” (Na+K+Al), та відношення ромбічних і моноклінних піроксенів до якісно різних етапів цього процесу. Зміна складу амфіболів з кристалосланців та ендербіто-гнейсів у порівнянні з піроксенами описується меншою кількістю зв'язків (найбільш достовірні залежності між Fe і Mg, Fe і Si) з меншими значеннями параметрів апроксимації. Ступінь лінійності зв'язків у амфіболів із кристалосланців вища, ніж у амфіболів з ендербіто-гнейсів. У амфіболів із кристалосланців та ендербіто-гнейсів протилежний характер зміни компонентів в координатах Al(Тi), К(Mg), К(Na). У кристалосланцях напрям зміни компонентів такий же, як у амфіболів більш низьких фацій метаморфізму, а в ендербіто-гнейсах - характерний для амфіболів гранулітової фації метаморфізму і моноклінних піроксенів. Це свідчить про кардинальні зміни РТ-умов при перетворенні ендербіто-гнейсів в кристалосланці. Найбільш інформативними характеристиками закономірної зміни складу породоутворювальних мінералів із докембрійських порід Дністерсько-Бузького мегаблоку є залежності між компонентами

Na+K+Al= f(Ca+Mg+Si), Fe(Mg+Са+Si), Na(Mg), Al(Mg), Al(Si).

Лінійна залежністть між Na(Mg) характерна для піроксенів з ендербіто-гнейсів та амфіболів із грануліта, вона є типоморфною ознакою зміни РТ-умов гранулітової фації. Ймовірно, що зміна складу зі зменшенням порядкового номеру елементів характеризує зміну тиску. Перехід від гранулітової до амфіболітової фації змінює напрям взаємозаміни елементів у бік збільшення порядкового номера, починає проявлятися лінійна залежність Al(Mg). Далі показано, що це пов'язано з переважним впливом температури. Таким чином, залежності Na(Mg) та Al(Mg) зміни компонентів амфіболів є індикаторами переходу від гранулітової до амфіболітової фацій.

Порівнянням зміни складу амфіболів із гнейсів і гранулітів тоналіт-трондьємітової асоціації порід гнейс-мігматитового комплексу Середньопридніпровського мегаблоку виявлено більшу лінійність залежностей, більші значення параметрів рівнянь Al(Si) і Al(Тi) у амфіболів із гранулітів, яка відповідає більш високим термодинамічним умовам. Виявлено закономірну зміну складу амфіболів із метабазитів, як на рівні індивідів (рис. 4), так і на рівні монофракцій рівнях метаморфічного перетворення. Аналіз зміни складу амфіболів із метабазитів Сурської, Верховцевської та Чортомлицько-Соленівської структур показав найвищу лінійність рівнянь апроксимації у амфіболів із порід Сурської структури, що метаморфізовані в умовах зеленосланцевої фації; Верховцевської структури - амфіболітової і двуслюдяно-гнейсової фацій; Чортомлицько-Соленівської структури - амфіболітової і гранулітової фацій метаморфізму. Якщо вважати напрям метаморфізму в метабазитах мегаблоку регресивним, то найбільш зміненою є Сурська структура, далі Верховцевська, а найменше - Чортомлицько-Соленівська структура.

Однакові значення параметрів лінійних залежностей у амфіболів цих структур (рис. 6), свідчать про єдиний закономірний процес змін у територіально роз'єднаних структур з різним проявом метаморфізму, що означає внутрішню еволюційну природу метаморфізму. Взаємна зміна компонентів амфіболів закономірна на всіх рівнях: від зерна мінерала до різних монофракцій мінерального виду цілої геологічної структури. Лінійні зв'язки у вигляді синхронної зміни вмісту пари компонентів відображають певний механізм закономірного еволюційного розвитку мінеральної речовини.

Прикладним застосуванням методу динамічних зв'язків є розроблений спосіб фаціального розчленування порід (хімічні аналізи амфіболів взято з монографії Є.О. Костюк, 1970). Спосіб особливо актуальний при відсутності в породі критичних мінералів. Лінійний характер зміни компонентів зафіксовано на графіках Al(Тi) і Al(К) у породах тільки гранулітової фації (рис. 7).

На графіках Al(Si) лінійні зв'язки існують між компонентами амфіболів кожної фації (рис. 7). На відміну від незакономірної зміни компонентів (R²=0,12 і R²=0,24) на об'єднаних графіках Al(Тi) і Al(К), на об'єднаному графіку Al(Si) отримано надійну лінійну залежність (R²=0,82), хоча по окремих фаціях значення коефіцієнтів лінійної апроксимації значно менші (від 0,31 до 0,54). Значення параметрів (a і b ) рівнянь Al(Si) для амфіболів різних фацій закономірно збільшуються від зелено-сланцевої до низької гранулітової фації метаморфізму, що і покладено в основу розробленого способу. Залежність між параметрами a і b лінійних рівнянь окремих фацій (рис. 8) має надійний (R²=0,97) лінійний характер і описується рівнянням b = 46,54a+8,02. Реперні точки фацій на графіку мають наступні координати: зелено-сланцева - a = 0,47, b = 27,95; епідот амфіболітова - a = 0,52, b = 34,05; амфіболітова - a = 0,79, b = 45,81; гранулітова - a = 0,93, b = 50,39. При використанні способу на графік треба відкласти, як координати, параметри лінійного рівняння, отриманого за складом амфіболів, що досліджується на фаціальну належність. За розташуванням точки з координатою (b; a) за графіком визначається найближчий до неї репер, тобто відповідний ступінь метаморфічних перетворень, і, таким чином, встановлюється фація метаморфізму. Можливий також і аналітичний варіант визначення за допомогою рівняння b = 46,54a + 8,02.

Склад амфіболів при різних температурах, тисках і фугітивностях кисню (f_O2) був досліджений у роботі Speer, 1981. Наведені електронно-зондові аналізи використано нами для побудови залежностей між відповідними компонентами (рис. 9-10).

Зафіксовано однонаправлену лінійну зміну компонентів за відновлювальних умов вюстит-магнетитового буферу. При більшому окисненні точки на графіках розташовуються хаотично, не виявляючи синхронної зміни Fe і Mg зі зміною температури, тоді, як об'єднані дані (одночасна зміна окиснення і температури) апроксимуються прямою з R2=0,82. Лінійний, але різний характер зміни складу, спостерігається в умовах магнетит-гематитового буферу на графіках Na(Mg) і Fe(Si) (різнонаправлений) та Fe(Al) і Al(Mg) (однонаправлений). Характер залежностей зі зміною ступеню окиснення змінюєтья на протилежний. Зі зміною температури відбувається лінійна різнонаправлена зміна компонентів Al і Si та однонаправлена зміна Al і Тi. В цих координатах точки складу амфіболів з різними буферами лягають на одну пряму (R²=0,85-0,92), що свідчить про однакову швидкість зміни компонентів під час зміни температури незалежно від ступеню окиснення. Лінійність на інших залежностях існує тільки в межах кожного окремого буферу, а об'єдані дані закономірної зміни не виявляють.

Внаслідок нагрівання амфіболи чітко розділяються на 2 групи залежно від ступеню окиснення за ступенем лінійності і напрямом зміни компонентів на графіках Na+K+Al=f(Ca+Mg+Si) і Fe(Al). Амфіболи розділяються на 3 групи: з найбільшим ступенем окиснення (немає закономірної зміни), середнім (R²=0,64) і найнижчим (R²=0,98), де достовірно проявляється різнонаправлена зміна компонентів. Отже, при зміні температури, надійні зв'язки між компонентами амфіболів існують у середовищі з меншим ступенем окиснення.

Зі зміною тиску (рис. 10) лінійно і протилежно змінюється вміст Al і Si (R²=0,95; 0,99; 1,00), не лягаючи на одну спільну пряму при всіх буферах, як це мало місце під час зміни температури. Головна їх відмінність полягає в тому, що збільшення лінійності і значень параметрів рівнянь зі зміною тиску проходить при збільшенні фугітивності кисню (ступеню окиснення), а зі зміною температури, навпаки, при її зменшенні. Враховуючи, що у амфіболів, в умовах нижче гранулітової фації, має місце протилежна картина (подібна до зміни температури), то зроблено висновок, що головними чинниками фаціальних змін у напрямі від зелено-сланцевої до амфіболітової фації є зміни температури та ступеню окиснення. На графіку Fe(Mg) різнонаправлені лінійні зміни компонентів виявлені тільки в умовах магнетит-гематитового буфера (R²=0,95) і на об'єднаному графіку (R²=0,93), демонструючи закономірну зміну Fe і Mg внаслідок зміни окиснення. Лінійні різнонаправлені зміни складу під час змін фугітивності кисню і тиску фіксують графіки Na(Mg) і Na+K+Al=f(Ca+Mg+Si). Внаслідок зміни фугітивності кисню (Т і Р постійні) отримано закономірні лінійні залежності між всіма парами компонентів, крім Fe(Ca). Отже, зміну температури фіксують лінійні залежності між компонентами амфіболів Al і Si, Al і Ti, зміну тиску - залежності між Al і Si, Na і Mg, Mg+Ca+Si і Na+K+Al, а на закономірну зміну Fe і Mg, Fe і Mg+Ca+Si, Mg+Ca+Si і Na+K+Al, Fe і Al найбільше впливає зміна киснево-водневого потенціалу. Те, що внаслідок зміни окисненості не проявляється лінійна залежність між Fe і Са, у разі лінійних змін інших компонентів, може бути індикатором постійності параметрів тиску і температури. Ймовірно, зміна ступеня окиснення в мінеральному середовищі є визначальним чинником лінійних зв'язків між компонентами амфіболів. Таким чином, виявлено синхронну зміну компонентів складу амфіболів під дією зовнішніх чинників, встановлено закономірні зміни компонентів породоутворювальних мінералів різних за складом і генезисом порід, що може бути покладено в основу нового напряму - еволюційної мінералогії.

МІКРОГЕТЕРОГЕННІСТЬ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ АКЦЕСОРНИХ МІНЕРАЛІВ І ЗВ'ЯЗКИ МІЖ ЇХНІМИ КОМПОНЕНТАМИ

Електронно-зондовим методом досліджено особливості складу цирконів із різних порід (масиви: Жовтневий, Березова Гать, Малотерсянський, Проскурівський, Володарський, Кам'яні Могили, Чернігівський) Приазовського мегаблоку. Закономірні лінійні зв'язки встановлено між компонентами складу гетерогенних цирконів при заміщенні елементів у бік збільшення атомного номера, головним чином, Si>Р. Гетерогенність цирконів має характерні прояви пов'язані з РТ-умовами, типом порід тощо, у вигляді ділянок, що містять „легкі” елементи, лужно-магній-залізо-алюмосилікатне скло, мінеральні утворення (рис. 11).

У координатах (Р2O5+СaO+FeO)=f(SiO2+ZrO2) для цирконів магнезіального та залізистого карбонатитів отримані рівняння з високими значеннями коефіцієнтів кореляції лінійної апроксимації (бефорсит - Y= ?0,01X+0,79, R2=1,00 і альвікіт - Y = ?0,03X+2,5, R2=0,81) та об'єднане рівняння (Y= ?0,02X+2,07 R2=0,70), що свідчать про єдиний процес зміни складу цирконів в Mg і Fe-карбонатитах. Подібний лінійний зв'язок характерний і для цирконів із сиєнітів Жовтневого і Проскурівського масивів. Серед досліджених цирконів найменший вміст HfO2 (0,4 %) встановлено у цирконів із сієніта масива Березова Гать і з

альвікіта Чернігівського карбонатитового комплексу. Між собою вони відрізняються за домішковими елементами та характерними утвореннями всередині зерен (в сієніті - кварц, в карбонатиті - карбонат), існуванням лінійних зв'язків між компонентами цирконів із карбонатиту ЧКК і відсутністю зв'язків (R2=0,03) у цирконів з Березової Гаті. Це означає більшу ступінь змін у цирконах із карбонатитів ЧКК, що корелює зі складом домішок і мікроутвореннями в них. Встановлено існування однонаправленої лінійної зміни між такими ізоморфними компонентами як Нf і Zr у складі циркона.

Показано гетерогенність складу цирконів із лужних пегматитів Азовського родовища. В породах вони представлені одним або двома різновидами, які відрізняються між собою розмірами кристалів, домішковим і основним складом. Іноді внутрішня частина зерен покрита бурими плямами, а їхня поверхня - плівкою графіту (вуглецю). По перерізу кристалів проявляється плямистий розподіл елементів (рис. 12), часто у вигляді квазіпаралельних темних і світлих ділянок. При цьому світлі ділянки ніби поглинаються темними, що утворюються всередині.

Є безліч наддрібних темних утворень, частина з яких діагностована як апатит, кальцит і рідкоземельний іттропаризит. Встановлено, що циркони містять домішки рідкісноземельних елементів (переважно, Y), а також Nb, W, Bi. Ділянки зміненого складу розташовуються хаотично, частіше у центральній частині кристалів, займаючи різну площу мінеральних індивидів. Виявлено подібність їх (рис. 12, справа) до деяких цирконів із ендербіто-гнейсів, що свідчить про схожість зміни складу цирконів в породах різних за складом і генезисом.

Монофракції цирконів і монацитів із анадольських, каранських, кам'яно-могильських гранітів складаються з 2-3 генерацій з широкою варіацією складу та різноманітними проявами гетерогенності (рис. 13). Зміна компонентів цирконів з високою надійністю апроксимується лінійними залежностями. Для цирконів з Кам'яних могил отримано ідеальні лінійні залежності:

(Al2O3+Y2O3)=f(SiO2+ZrO2) - Y= ?0,17X+16,6, R2=1,00; (Р2O5+СaO+FeO)=f(SiO2+ZrO2)

Y= ?0,18X+17,4, R2=0,97;

HfO2=f(ZrO2) - Y= ?0,39X+25,5, R2=0,97.



Зміну складу монацитів описують індикаторні рівняння SiO2(P2O5). Висока достовірність лінійної апроксимації характеризує закономірність цієї зміни:

Y= ?1,55X+29,9, R2=0,79 (анадольські граніти),

Y= ?3,26X+31,8 R2=1,00 (кам'яно- могильські граніти).

Монацити з гранітів Кам'яних могил, переважно, полімінеральні агрегати, які складаються зі „скла” з дрібними фазами ториту, ксенотима, хаттоніта і фосфорхаттоніта з високим вмістом Y замість Ce, домішками Sc, W, Nb, Yb, Dy у всіх фазах. Гетерогенність виявляють генерації непрозорих монацитів всіх гранітів (рис. 13), тоді як прозорі зерна гомогенні. Вольфрам постійно входить до складу цирконів і монацитів із гранітів Кам'яних могил, що є ознакою їх вольфрамової металогенічної спеціалізації.

Досліджено прояви гетерогенності складу у найдавніших на УЩ цирконах із Новопавлівського комплексу (рис. 14). Виявлено невідповідність між суттєво різним складом (електронно-зондовий мікроаналіз) і однаковим віком (мас-спектрометрія вторинних іонів) ділянок реліктових ядер циркону з ультрабазиту. Мікрогетерогенність цирконів традиційно пов'язують із явищами метасоматозу або зміною РТ-умов. Гетерогенний склад центральної частини кристала циркону (рис. 14) не можна пояснити процесами метасоматозу, оскільки додана ззовні речовина мала б змінювати подібним чином і крайові ділянки, що ніде не виявлено. До того ж, тріщини (можливі канали надходження метасоматичної речовини) знаходяться в гомогенній за складом області, розташованій ближче до краю, і не доходять до центральної гладкої (без тріщин) гетерогенної області. Крім того, при метасоматозі з циркону виносився б, насамперед, Pb радіогенний, що призвело б до коливання його „геохронологічного” віку, але встановлено однаковий вік. З іншого боку, отримано лінійні залежності між компонентами складу цих цирконів, що свідчить про внутрішню еволюційну природу зміни складу.

В гетерогенних цирконах із розсипного родовища Самоткань виявлені ділянки з домішковими елементами Sc, Ca, F, Tl, а з родовища Вовче - із домішками Sc, Ta, Co, Ni, Tl. Методом динамічних зв'язків виявлено тенденцію закономірної зміни складу цирконів (рис. 15). У

(Y+Al)=f(Zr+Si)

(Р+Сa+Fe)=f(Zr+Si)

(Y+Al)=f(Zr+Si)

(Р+Сa+Fe)=f(Zr+Si)

цирконів із Самотканського родовища зафіксовано один напрям зміни, значення параметрів лінійної апроксимації (a, b, R²) високі, що свідчить про одне джерело зносу, або про значний розвиток цирконів in situ. В родовищі Вовчому джерел зносу, скоріше, не менше двох.

Досліджено прояви гетерогенності цирконів із ендербіто-гнейсів Бердичівського і Гайворонського комплексів Дністерсько-Бузького мегаблоку. Для них характерні метаміктні кристали із високим вмістом домішкових елементів, з великою кількістю включень, у тому числі породоутворювальних мінералів, дрібні утворення в ядрах (рис. 16) із „легкими” елементами.

Монофракції цирконів складаються із 3-4 генерацій, зміна складу яких описується однією лінійною залежністю, що свідчить про їх генетичну єдність. Особливість цирконів - лінійна різнонаправлена зміна компонентів Zr і Hf. В бердичівському граніті виявлено три генерації циркону (довгопризматичний, короткопризматичний і округлий). Довгопризматичний циркон складається з гетерогенного ядра (агрегат із фаз циркона, різних мінералів і алюмо-силікатного скла, розділених системою тріщин) і гомогенної оболонки, якою вкриті циркони всіх генерацій. Збереження тріщинуватого довгопризматичного ядра, який, ймовірно, є реліктом циркону гнейсів, показує, що процеси гранітизації відбуваються на місці. Оболонки виникають в умовах регресивних метаморфічних процесів амфіболітової фації, а генезис ядер округлого циркону, ймовірно, пов'язаний з гранулітовою фацією метаморфізму.

Зміна складу всіх цирконів трьох генерацій разом описується надійними лінійними залежностями

(Al₂O₃+Y₂O₃)=f(SiO₂+ZrO₂) - Y= ?0,21X+20,8, R²=0,94 та (Р₂O₅+СaO+FeO)=f(SiO₂+ZrO₂) - Y= ?0,19X+18,6, R²=0,93,

що свідчить про еволюційний розвиток цирконів в бердичівському граніті.

Циркони із гранітів, що контактують із амфіболітами Середньопридніпровського мегаблоку проявляють особливу гетерогенність складу. Там, у пухкій шаруватій масі метаміктного циркону, поруч із ділянками з широким спектром домішкових елементів, знаходяться утворення з атомним номером Z 8 (ймовірно, С). У цирконі з плагіограніту (Кривий Ріг) зафіксовані найбільші прояви гетерогенності по основних і домішкових (Na, Mg, Al, K, Ca, Fe, Re) елементах. Встановлено достовірний (R²=0,83) лінійний зв'язок між Al₂O₃+Y₂O₃ і SiO₂+ZrO₂, тоді як циркони з саксаганських гранітів майже не проявляють закономірної зміни вмісту компонентів. Лінійна залежність частіше існує в координатах

(Р₂O₅+СaO+FeO)=f(SiO₂+ZrO₂).

В осадових породах виявлено циркони, які відрізняються за конституцією від цирконів гранітоїдів, що може бути проявом різного ступеня еволюційної зміни, а не тільки існуванням додаткових джерел зносу.

В кар'єрах Чаплі і Рибальський в монофракції циркона з тоналіту виявлено 3 генерації, а з метаандезиту (ксеноліт в тоналіті) - 2 генерації. Методом динамічних зв'язків і в метаандезиті, і в тоналіті між компонентами ядер і оболонок довгопризматичних цирконів виявлено лінійну залежність. Схожість ядер обох цирконів за онтогенією і домішковими елементами, а в той же час ширший спектр і більший вміст домішкових елементів, присутність окремої генерації, близької за складом до оболонок, існування двох оболонок тільки у циркона з тоналіту, може означати, що метаандезит і тоналіт генетично подібні і відрізняються лише ступенем еволюційних перетворень. Вони дуже нагадують генерації циркона із бердичівського граніта Приазовського мегаблоку, хоча за складом цирконів та параметрами рівнянь апроксимації є певні відмінності.

Виявлено особливості прояву гетерогенності складу цирконів тоналіт-трондьємітової і ультрабазит-базитової асоціацій Чортомлицької структури, а саме: гнейсів, розташованих серед амфіболітів, та гранітоїдів, які оточують плутони Сурського комплексу. Високі значення (0,88-0,96) коефіцієнтів кореляції рівнянь

(Р₂O₅+СaO+FeO)=f(SiO₂+ZrO₂),

отриманих за складом цирконів із гранітоїдів, свідчать про закономірну зміну їх складу внаслідок гранітизації. Параметри їх рівнянь мають близькі значення. Лінійна залежність встановлена і на графіках

(Al₂O₃+Y₂O₃)=f(SiO₂+ZrO₂),

але параметри рівнянь в них різні. У цирконів із гнейсів в порівнянні з гранітоїдами лінійність рівнянь апроксимації менша і більше проявляється на залежностях

(Р₂O₅+СaO+FeO)=f(SiO₂+ZrO₂).

В одній монофракції циркону одночасно присутні як гладкі, однорідні так і зовсім зруйновані тріщинуваті гетерогенні мінеральні індивиди, склад яких апроксимується достовірним лінійним рівнянням (рис. 17), що свідчить про закономірність змін.

ДІЯ ЗОВНІШНЬОГО ОПРОМІНЕННЯ НА ХІМІЧНИЙ СКЛАД МІНЕРАЛІВ

За результатами досліджень перетворення в шаруватих і стрічкових мінералах при штучному радіоактивному опроміненні вибрано індикаторні параметри дії радіації на мінерали на мікрорівні, а саме, склад мінералів та вміст дво- і тривалентного заліза. Досліджено залежність їх зміни від дози радіації, температури, розмірів зерен тощо.

Здатність амфіболів поглинати радіаційне опромінення, зберігаючи свою кристалічну структуру, але збільшуючи при цьому валентність деяких іонів, досліджено методами ЕПРС, ЯГРС. Виконано дослідження дії радіації на локальному рівні методом електронно-зондового мікроаналізу на основі розробленого способу експериментального визначення вмісту різновалентних іонів заліза. Встановлена універсальна емпірична залежність між відношенням інтенсивностей аналітичних рентгенівських ліній Fе L_в- і Fе L_б- (Х) і частки двовалентного заліза (Y) в сумарному залізі

(Y = lg?(kX - l)/2,

X= I Fе L_в /I Fе L _б; Y= Fe²⁺/У Fe;

k, l - цілі числа), яка покладена в основу способу. Виявлено, що значення параметрів k і l не змінюються у мінералів, які належать до однієї підгрупи, та можуть співпадати у мінералів різних мінеральних видів. Наприклад, для тараміту відповідне рівняння має вигляд

Fe²⁺/Fe= ((25n-11)lg?)/2.



Числові значення коефіцієнтів k і l визначено для олівінів, гранатів, піроксенів, амфіболів, шпінелей, слюд. Метрологічні характеристики такого електронно-зондового мікроаналізу: точність - 10-15%, межа визначення Fe²⁺ (або Fe³⁺) - 2%, експресність визначення відношення Fe²⁺ /У Fe - 2 хвилини.

Частка Fe³⁺ в тарамітах за електронно-зондовим визначенням виявилася вищою порівняно з даними хімічного аналізу і ЯГРС. Враховуючи неоднорідність монофракції (відмінність за складом окремих зерен) та різну локальність використаних методів, збільшення контрасту в електронно-зондових визначеннях частки Fe³⁺ є закономірним. Електронно-зондовим методом визначено ступінь окиснення заліза в штучно гамма-опромінених зразках залежно від дози опромінення. Зафіксовано збільшення при цьому частки Fe³⁺, що співпадає з висновками, зробленими за даними ІЧС та ЯГР.

Дослідження методами ЯГРС та ІЧС пострадіаційної теплової дії на опромінені амфіболи показало можливість моделювання змін у мінералах на основі зустрічних процесів окиснення та відновлення заліза в їх структурах. Визначено межу термічної стійкості радіаційно окисненого заліза в рибекіті (близько 200 ^оС), в чермакітовій роговій обманці (172 ^оС) тощо. Зроблено висновок про найбільшу термостійкість амфіболів зі структурою тараміта.

ОСОБЛИВОСТІ ЗМІН В МІНЕРАЛАХ У ПРОЦЕСІ МЕТАМІКТИЗАЦІЇ

Проаналізовано результати досліджень на мікро- і нанорівнях надмолекулярної впорядкованості в рентгеноаморфних природних утвореннях - мінералоїдах. Такі структури виявляють глобулярну будову на нанорівні. Їх структурно-морфологічні ознаки (сфероїдальність, фіброїдність, капсулярність) подібні до метаміктних мінералів. В метаміктному стані, в порівнянні з кристалічним, крім всіх інших характеристик, змінюється і хімічний склад, що, зазвичай, пов'язують із вторинними процесами.

Головною причиною переходу з упорядкованого кристалічного стану в аморфний вважають опромінення мінералу радіоактивними елементами (U, Th, РЗ), які входять до складу мінералів або діють ззовні. Відомо, що одні мінерали за час свого існування (млн років) втрачають кристалічну будову, а інші, навіть при більшому вмісті радіоактивних елементів, її зберігають. Для з'ясування цієї особливості проаналізовано структури більше ста мінералів, які містять радіоактивні елементи U і Th. Встановлено чинники, що сприяють радіаційній стійкості структури:

1. Процес каналювання. З досліджених 75 шаруватих U, Th- мінералів 69 є неметаміктними. Показано, що однією з причин цього є прямі наноканали в їх структурі, завдяки яким б-частинки захоплюються в процес каналювання, що зберігає структуру мінерала від руйнування.

2. Роль міжшарових молекул води. Присутність у міжшаровому просторі молекул води позитивно впливає на радіаційну стійкість мінералів. Це пов'язано з електричним дипольним моментом молекул води, які внаслідок певної орієнтації в міжшаровому просторі можуть зменшувати висоту потенційного бар'єру рекомбінації дефектів.

3. В'язкість. На радіаційну стійкість впливають також певні особливості складу мінералів. Як правило, всі U-Th- вміщуючі фосфатні мінерали, на відміну від силіцієвих, є неметаміктними. Швидкість дифузії дефектів залежить від фізико-хімічних властивостей речовини, в тому числі від в'язкості, внаслідок зменшення якої фосфатні мінерали швидше відновлюють кристалічну структуру, зруйновану б-частинкою. Отже, переважна заміна Si на Р, що виявлена методом динамічних зв'язків за складом природних цирконів і монацитів, може бути реакцією мінеральної речовини на дію радіації.