Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Электрические и электромагнитные явления при термовозбуждении минералови горных пород

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Электрические и электромагнитные явления при термовозбуждении минералови горных пород"

?Г5 ОД 1 О ВИВ 1223

На правах рукописи

Сальников Владимир Николаевич

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ТЕРМОВОЗБУЖДЕНИИ МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД

04.00.20 - минералогия, кристаллография

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Сыктывкар - 1996

Работа выполнена в Томском политехническом университете

Официальные оппоненты:

Доктор геолого-минералогических наук В.А.Петровский

(Институт геологии Коми научного центра Уральского отделения РАН,

Сыктывкар)

Доктор геолого-минералогических наук Р.В.ГалиулиН: (Институт кристаллографии РАН, Москва) С

Доктор геолого-минералогических наук А.Г.Жабин (Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов РАН, Москва)

Ведущая организация - Объединенный институт физики Земли им. О.Ю.Шмвдта РАН (Москва).

Защита состоится 28 февраля 1996 г. в 10 час. на заседании диссертационного совета _Д 200.21.01 Института геологии Коми научного центра Уральского отделения Российской Академии наук по адресу: 167610, г.Сыктывкар, ул.Первомайская, д.54.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геологии Коми научного центра Уральского отделения РАН

Автореферат разослан 28 декабря 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор геол.-мин.наук

ВВЕДЕНИЕ

Актуашмсть работы

В минералогии сформировалось новое направление - генетическая минералогия, задачами которой являются изучение процессов и форм записи, хранения и преобразования минералогической информации в процессе развития минеральных систем, разработка надежных методов ее расшифровки, использование минералогической информации в познании генезиса и истории развития минералогических объектов в практике поисков месторождений полезных ископаемых (Н.П.Юшкин, 1976). В структуре генетической минералргии выделяют три направления: 1) историко-эволюционная минералогия; 2) экологическая минералогия; 3) геодинамическая минералогия (А.ГЗКабин.1981).

.Существование электрических и электромагнитных явлений в природе общеизвестно, хот» механизмы накопления, место локализации объемного заряда, обуславливающего данные явления, условия и время его релаксации недостаточно изучены (А А.Воробьев, ! 970).

Аккумулирование заряда минералами при радиационном воздействии на горные породы, изменение их состава и увеличение дефектности, влияние накопленного заряда и нарушений на электромагнитные явления, поиски подобных эффектов на природных объектах, представляют научный и практический интерес. Особого внимания заслуживают исследования механизмов накопления информации минералами при образовании горных пород, то есть информация, синхронная кристаллизации минерала в стадию сингенеза (А.ГЖабнн, 1976) и изменения их в стадию диагенеза с последующей метаморфической дифференциацией в стадию метаморфизма.

Ранее нами экспериментально установлено, что электрические и электромагнитные сигналы в интервалах температур природных физико-химических процессов являются следствием закодированной информации - об условиях генезиса минералов (В.Н.Сальников, С.Д.Заверткин, М.В.Коровкин,1976). Представляется необходимым исследовать внутренние причины возникновения электрических и электромагнитных сигналов при возбуждении минералов и горных пород тепловым, электрическим и радиационным полями, разработать физические модели механизмов их генерации, создать надежную аппаратуру для их регистрации, кодирования, обработки и хранения полученной информации. Часть исследований электрофизических свойств горных пород и минералов проведена для решения конкретных • поисково-оценочных и разведочных , задач на перспективных месторождениях золота, молибдена, нефти и газа, а также для объяснения быстропротекающих процессов в окружающей среде, в геоактивных зонах и в районах с антропогенной нагрузкой.

Цель работа

Исследование электрических и электромагнитных явлений при термовозбуждении минералов и горных пород для теоретического и экспериментального доказательства объективного существования нового явления прирЬды - радиоизлучения горных пород, минералов, неорганических веществ и петрургнческих сплавов при физикохимических процессах в них. ^

■ Основные задачи исаидоесишй

1. Создать методику измерения электрических и электромагнитных характеристик при термовозбуждении минералов и горных пород.

2. Исследовать возможности получения генетической информации по данным измерения электрических и электромагнитных сигналов, используя эффект памяти в минералах и аморфных искусственных соединениях: стеклах, петрургнческих сплавах и ситаллах.

3. Разработать физические модели изменений проводимости и генерации импульсного электромагнитного излучения при физико-химических процессах кристаллизации и преобразования минералов'.

4. Оценить возможность использования методов электропроводности и электромагнитного излучения в разработке нового критерия

, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, оценки экологической Безопасности, возникающей вследствие воздействия электромагнитной эмиссий горных пород и минералов на природных объектах и ь зонах антропогенеза.

Научная новизна работы - *

1. Впервые установлено импульсное электромагнитное излучение минералов, горных пород и искусственных кристаллов при возбуждении их тепловым, электрическим и радиационным полями и объяснена природа возникновения этого явления (заявка на открытие 32-ОТ-84) 7).

2. Предложена модель изменения электропроводности калийсоде-ржащих минералов и горных пород в зависимости от их абсолютного возраста. Модель проверена экспериментально с применением метода аннигиляции позитронов.

3. При нагревании минералов обнаружены эффекты электрической и электромагнитной памяти о параметрах природных процессов минера-лообразования. Электрические н электромагнитные явления, при восстановлении "памяти" в минералах вследствие радиационного воздействия, несут дополнительную информацию об условиях минералообразовання. '

4. Впервые экспериментально исследованы закономерности генерн-* рования импульсного электромагнитного излучения, электропроводности и термотоков при фазовых превращениях в конструкционных

материалах (полупроводниках, технических пирокееновых стеклах и ситаллах). .

5. Установлены закономерности изменения электрофизических свойств минералов и горных пород из месторождений молибдена, золота, полиметаллов, нефти и газа от условий их образования, • метасоматнческнх и гидротермальных изменений, от диагенетнческнх преобразований осадков.

6. Предложена методика синхронной регистрации электропроводности и электромагнитного излучения для,определения температур минералообразования, фазовых и полиморфных переходов в минералах и конструкционных материалах.

7. Описаны процессы генерации и релаксации электромагнитных систем в литосфере и в зонах антропогенеза. Представлены модели электромагнитных систем, возникающих в геоактивных зонах. Оценена их экологическая опасность и сделаны рекомендации по прогнозу, непериодических быстропротекающих явлений в окружающей среде.

Практическая ценность

Впервые экспериментально установлено импульсное электромагнитное излучение твердых тел при их возбуждении. Исследования открывают новые методические направления в генетической, радиационной, экспериментальной и технологической минералогии, геофизике, петрографии, физике твердого-тела, технологии минералов, экологии.

Полученные экспериментальные результаты по регистрации импульсного электромагнитного излучения модельных кристаллов, минералов и горных пород позволяют рекомендовать вышеперечисленные методы для изучения фазовых переходов в минералах, а именно:4 образования и распада твердых растворов, полиморфных переходов, образования новых фаз и установления степени диагенеза осадоч-нчых пород. Предложенная автором модель механизма импульсного электромагнитного излучения искусственных минералов из полупро- ^ водников (кремний с электронной и дырочной проводимостью) может быть использована для объяснения электромагнитных импульсов, возникающих в рудных полупроводниковых минералах (пиритах, сфалеритах, галенитах и zip.), которые в настоящее время являются предметом интенсивных исследований и служат индикаторами воздействия природных геофизических полей и геологических процессов. Методика регистрации импульсного электромагнитного излучения при фазовых переходах в минералах позволяет получить/информацию о имевших место ранее термических, механических и радиационных воздействиях на минералы и горные породы. Данная информация имеет важное значение для познания их геологической истории.

Измерения электромагнитного излучения и электропроводности этих минералов при их нагревании позволяют более точно и надежно фиксировать температурный интервал минералообразования. Тем

самым открывается еще одна область применения мельчайших газово-жидких включений и других дефектов в минералах для . изучения термодинамических параметров геологических процессов.

Выполненные эксперименты дают возможность использовать электрические и электромагнитные явления, вызванные надеванием образцов горных пород и минералов, для изучения их генетической природы и температурных диапазонов сингенеза, диагенеза, гидротермального метаморфизма. Установлено, что интенсивность электромагнитного излучения при нагревании кристаллов зависит от дозы облучения и энергии кристаллической решетки. Поэтому методом измерения' интенсивности электромагнитного излучения можно изучать' энергию, запасенную в кристаллах вследствие термической закалки или их радиационного облучения.

Предварительное облучение образцов горных пород электронами приводит их минеральную систему в возбужденное состояние и облегчает расшифровку определенных физико-химических процессов (изоморфизма, фазового состояния) методами электропроводности, эмиссии электромагнитных и акустических импульсов при их нагревании. Исследования радиационного воздействия на горные породы и минералы подтверждают гипотезу А А.Воробьева об их заряжении, образовании локальных полей высокой, напряженности и генерировании при этом электромагнитного излучения. Обнаружено явление генерации импульсного радиоволнового диапазона электромагнитного излучения полиметаллическими рудными телами (А.Г.Соболев и др., 1982). Проведены опытные работы по исследованию высокочастотных электромагнитных полей во время сильного землетрясения в. Иране. Предполагается разрядный или релаксационный механизм их генерации (МЕ.Гохберг и др., 1979). Проведены работы по регистрации оперативного электромагнитного предвестника землетрясений в Японии.

При нагревании двойных систем ионных соединений NaCl. и KCl была показана возможность определения диаграммы взаимного растворения и солндуса, температур плавления и выделения запасенной энергии ' методами измерения электропроводности и регистрации электромагнитных и акустических импульсов. Результаты этих экспериментов раскрывают еще одну возможность моделирования , электрических и электромагнитных явлений, возникающих в горных породах при воздействии различных полей (теплового, радиационного, электромагнитного) в их естественном залегании.

. Йсследования электромагнитного излучения позволяют применить методику измерения интенсивности импульсного электромагнитного излучения для контроля оптимальных температур термомеханического разрушения горных пород и термического бурения.

Установленное явление Импульсного электромагнитного излучения горных пород и минералов может найти применение в ' практике

геофизических работ. Предварэтельное напряженное состояние в породах, ' его релаксация перед тектоническими процессами и землетрясением сопровождается электромагнитным излучением, что уже используется для определений взрывоопасных участков в шахтах и рудниках (П.В.Егоров JI-А.Колпакова, 1988; А.Г.Пимонов, 1991; -А.М.Тактосопиев, 1987; Ю.П.Ипатов, 1986).

' Методы й результаты исследований могут найти применение в инженерной геологин для изучения процессов в грунтах при намечающихся оползневых явлениях, для прогнозных оценок момента разрушения основания фундаментов зданий и крупных сооружений, а также для поисков полезных ископаемых (В.Н.Саломатин и др., 1981).

На примере Сорского молибденового и Коммунаровского золоторудного месторождений показано применение разработанных методов для расшифровки стадий наложенных процессов метасоматоза и рудообразования. Изучение электрофизических свойств горных пород стратиформных полиметаллических месторождений позволяет , рекомендовать - методы электропроводности и электромагнитного излучения как новый критерий для поисков и оценки месторождений полезных ископаемых. Комплексное исследование физических свойств палеозойских отложений нефтегазовых месторождений Томской области применено . для корреляции и расчленения карбонатных пород с целью выявления перспективных площадей. \

Построение моделей электромагнитных систем позволило объяснить механизм образования плазменных объектов в литосфере, в зонах техногенеза и рекомендовать способы прогноза времени и места их проявления. ,

Защищаемые положения

1. Впервые экспериментально установлено импульсное электромагнитное излучение § широком диапазоне радиоволн, возникающее при нагревании искусственных кристаллов, минералов, горных пород и аморфных твердых тел (стекол; ситаллов). »

2. Генерирование электромагнитного излучения при физико-химических процессах, происходящее вследствие нагревания минералов, обусловлено двумя механизмами: адгезионно-когезионным и флуктуационным. Построены модели по объяснению изменения объемной'проводимости и генерирования электромагнитных сигналов в окислах кремния, слоистых, каркасных силикатах и горных породах.

3. По интенсивности электромагнитной ' эмиссии и изменению электропроводности можно определять температуру микералообразова-ния и полиморфных превращений. Процессы метасоматоза и контак-тово-метасоматического метаморфизма отражаются в электрических и электромагнитных явлениях при возбуждении горных пород тепловым полем.

Г

4. Установлена эмиссия электромагнитных сигналов в интервалах выделения запасенной энергии при радиационном воздействии на минералы. Эффекты.памяти в минералах мусковите, кварце, полевом шпате и других обусловлены выделением части запасенной н^ дефектах энергии в виде элеюрических и электромагнитных сигналов, несущих генетическую информацию о сингенезе, диагенезе и метаморфических изменениях горных пород. Радиационное стимулирование генетической памяти в минералах позволяет повысить информативность электрических и электромагнитных сигналов в интервалах температур минералообразования и изоморфных замещений.

5. Метод электропроводности и импульсного электромагнитного излучения позволил расшифровать и уточнить генезис стратиформных полиметаллических рудопроявленнй о.Вайгач и палеозойских отложений нефтегазоносных месторождений Томской области. Метод рекомендован дня изучения состава, строения и технологии обработки изделий из каменного литья (ситаллов, стекол).

6. В природе и техногенезе могут формироваться электромагнитные системы, имеющие квазикрнсталлическое строение, которые взаимодействуют с литосферой или с атмосферой, образуют новый источник минералообразования, являются причиной природных и техногенных катастроф, влияют на экологию среды и биосистемы. Выделен новый геологический процесс взаимодействия долгоживущих плазменных образований с литосферой. По частоте и времени- проявления электромагнитных систем выделяются геоактивные зоны и осуществляется прогноз экологических природных и техногенных катастроф.

Личный вклад автора

Личный вклад автора заключается в формировании направления изучения электрофизических свойств минералов для развития генети-ческой.радиационной и экологической минералогии. 'Автором разработана методика измерения электропроводности и импульсного электромагнитного излучения при нагревании минералов и горных пород, проведены эксперименты и их интерпретация. Материалы научно-исследовательских работ, которые включены в диссертацию, выполнены, в основном, индивидуально и частично в соавторстве. В совместных исследованиях автор осуществлял основные теоретические и экспериментальные разработки при постановке проблемы и ее решении. Исследования автора по теме диссертационной работы были начаты в 1970 году на кафедре физики твердого тела электрофизического факультета ТПИ, где проведены основные эксперименты ' по электрофизическим свойствам минералов и горных пород. Затем с 1978 года работа была продолжена на кафедре минералогии и петрографии геологоразведочного факультета ТПИ, согласно госбюджетной теме "Разработать и внедрить электрофизические методы исследования генетических и технологических особенностей природных и искус-

етвенных минералов" (проблема 0!, 1992-1995 г.г.). С 1992 по 1993 год * работа выполнялась по гранту, раздел 1.1, Геология, тема "Изучение термо- и радиацнонностимулированных электромагнитных и акустических эффектов в минералах и горных породах с целью моделирования генетической среды и выявления типоморфных признаков".

В диссертации последовательно изложены методические, экспериментальные й теоретические результаты исследования, рассмотрены варианты решения прикладных задач. Работа состоит из введения, 6 глав,, выводов и приложений (1-5). Общий объем страниц - 530, 39 таблиц, 155 рисунков, 36 фотографий, 419 наименований в списке литературы, приложения 1,23.4,5 (объемом 137 страниц). - ,

Автор выражает глубокую благодарность научным консультантам: профессору кафедры минералогии и петрографии ФГН ТПУ, доктору геол.-мин.наук А.Г.Бакирову; завкафедрой методики поисков и разведки МПИ ФГН ТПУ профессору, доктору . геол.-мин.наук А.Ф.Коро£>ейникову; академику Международной Академии творчества, академику Международной Академии экологии и жизнеобес-печениядоктору геол.-мин.наук, профессору ТГУ А.В.Мананкову, под руководством которых он продолжал научную деятельность и со стороны которых постоянно получал поддержку, помощь и содействие в работе. Большую помощь в создании установок оказали геофизик Б.Н. Прнезжев, ннженер-светотехник'А А.Беспалько; в оформлении диссертационной работы принимали участие Е.И.Мнзюркина, Л.Ю.Герих, которым автор выражает свою искреннюю признательность.

Апробация работы ^

По теме диссертации опубликовано 127 работ,получено одно авторское свидетельство. Результаты исследований изложены в 9 научных .отчетах, зарегистрированных в ВНТИ-центре. Написано учебное пособие, за которое автор получил диплом Н-н степени. Результаты работы обсуждались на 4-ом Всесоюзном совещании по радиационной физике и химии ионных кристаллов (Рига, 1978), на Всесоюзном симпозиуме "Катализированная кристаллизация стекол" (Москва, 1978), на Всесоюзном семинаре "Радиационные явления в широкозонных оптических мaтq:эиaлax" (Самарканд, 1979), на 3-ей региональной научно-практической конференции (Томск,1980), на II-ом Всесоюзном минералогическом семинаре "Проблемы генетической информации в минералогии", (Сыктывкар, 1980), на Всесоюзной конференции по условиям образования редкометалльных и свинцово-цинковых стра-тиформных месторождений (Москва, 1982), на Всесоюзном научном совещании 'Электроимпульсная технология и элеюромагнитные процессы в нагруженных твердых телах" (Томск, 1982), на конференции "Проблемы геологии и разведай месторождений полезных ископаемых Сибири" {Томск, 1983 ), на Всесоюзном совещании 'Теория и методология минералогии (Сыктывкар,1985), на семинаре 'Техни-

ческие методы изучения аномальных явлений (Горький,] 986), на Всесоюзной конференции "Роль технологической минералогии в расширении сырьевой базы СССР" (Челябинск, 1986), на Ш-ей сессии Северо-Кавказского отделения ВМО АН СССР "Минералого-геохими-ческие критерии локального оруденения" (Цей,1986), на научно-практической конференции "Методы исследования в химии и химической технологии" (Томск,1986), на XI-ом Всесоюзном совещании по экспериментальной минералогии (Черноголовка,1986), на 1,2,3 Всесоюзных научно-технических школах-семинарах по непериодическим быстропротекающим явлениям в окружающей среде (Томск, 1988,1990,1992), на научно-практической конференции "ЭНИО-90,91" (знергоинформацнонные процессы в природе и обществе и проблемы энергоинверсин, Краснодар, 1990,1991), на семинаре "Геологическая синергетика" (Алма-Ата, 1991), на конференции "Сверхслабые воздействия в технике, природе и обществе" (Москва, 1993), на. Межгосударственном минералогическом семинаре "Минералогия и жизнь" (Сыктывкар, 1993), на Международной научной конференции "Сопряженные задачи физической механики и экологии" (Томск, 1994), на Всероссийской междисциплинарной научно-практической конференции "Проблема выживания человечества" (Томск, 1994).

Глава 1.ЛИТЕР А ТУРНЫЙ ОБЗОР РАНЕЕ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД Изучение на искусственных кристаллах механизмов, обуславливающих появление электрических .и электромагнитных сигналов (ТЛ, ЭММ), является основой для понимания сложных процессов в минеральных системах. Впервые автором импульсное электромагнитное излучение зарегистрировано при нагревании образцов слюды-мусковита и калиевого полевого шпата.Механизм появления электромагнитных сигналов объясняется адгезионными явлениями' при разрушении- минералов и горных пород. Установлено, что облучение электронами минералов увеличивает интенсивность радиоимпульсов на несколько порядков. Появление электромагнитного излучения в интервалах выделения запасенной энергии нельзя объяснить только когезионными и адгезионными процессами. Поэтому механизмы радиоизлучения были условно разделены на адгезионно-когезиойные и флуктуационные. Выделение запасенной энергии при нагревании минералов частично' сопровождается импульсным электромагнитным излучением.

Чем больше величина запасенной энергии, тем выше интенсивность ЭМИ. В данном случае за электромагнитное излучение отвечают электронно-дырочные процессы и флуктуации зарядов в результате разрушения и рекомбинации радиационных дефектов.

Тсрмостнмулнровзннос радиоизлучение вследствие флуктузцнонных процессов обусловлено флуктуациями потоков заряженных частиц под действием термодинамических сил (градиенты С, Т, напряженность электрического поля) н флуктуациями дипольного момента системы зарядов, связанного с их перераспределением по объему кристалла.

Глава П. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИГНАЛОВ ПРИ ТЕРМОВОЗБУЖДЕНИИ МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД

Для измерения импульсного электромагнитного излучения с электропроводностью или< термотоком образцов ' диэлектриков (кристаллов, минералов, горных порол и аморфных вешеств ; стекол) была изготовлена вакуумная ячейка, работающая в температурном

режиме 20-1100 ° С {рис. 1).

Для измерения интенсивности- электромагнитного излучения в радиодиапазоне частот при нагревании кристаллических и аморфных гетерогенных систем без приложенного напряжения и в электрическом поле была использована установкам вакуумная ячейка. Регистрация электромагнитного, излучения в радиодиапазоне частот осуществлялась специально собранной схемой к имеющейся установке по измерению электропроводности. Для измерения электромагнитного излучения в широкой полосе частот применялось пересчетное устройство ПП-9-2М с чувствительностью 0,3 В, диапазон, длин волн 9-1333 м.Схема совместной регистрации постоянного тока, проходящего -через образец или возникающего в нем (термоток), и электромагнитного излучения приведена на рис.2.'

Предварительно установка была проверена на возможность регистрации аномальных изменений электропроводности и импульсного электромагнитного излучения при нагревании двойной системы ЫаС1-КС1. В ней различными методами достаточно надежно исследованы температуры взаимного растворения компонентов, солидуса. ликвидуса и др.(рис.З).

Предлагаемое устройство вакуумной ячейки и схема по синхронной регистрации электромагнитного излучения, электропроводности и термотоков позволяют повысить точность определения температур фазовых превращений в минералах, горных породах и искусственных соединениях. Исследования механизмов

радиочастотной и акустической эмиссии кварца позволили предложить способ определения температур минералообразования и полиморфных превращений, получивший патентную защиту.

Рис.). Устройство измерительной ячейки: 1 - колпак; 2 -гильза; 3 -шток измерительного электрода: 4 - поперечная пластинка; 5 - изолятор внутренней печи; о - верхний электрод; 7 - охранное кольцо; 8 - образец; 9 - нижний электрод; ГО - шток, подвижный; 11 - экран; 12 - водяная рубашка; 13 - стойки внутренней гильзы; 14 - водяной штуцер; 15 - неподвижный шток; 16 - крепежный фланец; 17 -опорный фланец; 18 - изолятор; 19 - нижний фланец; 20 - вывод электродов; 21 -каркас из асбоцемента; 21 - спираль внешней печи; 23 - изоляция из асбеста; 24 -обмазка огнеупорной глиной н шамотом; 25 - изолятор из кварцевых трубок; 26 -пружина.

Рис.2.Схема регистрации злестромагиитных импульсов синхронно д электропроводностью: 1 - образец; 2 - канал для регистрации электромагнитного излучения; 3 - канал для измерения электропроводности; 4 -вакуумная ячейка; 5 - электрод-антенна; 6 - электрод для подачи постоянного напряжения к образцу; 7 - охранное кольцо.

Рие.З.. Изисцсзн; текз проводимости при плавлении 10 Л'CiCJ и 90 KCl (аоль%)- а; интенсивность электромагнитного излучения - б; общий ток в цепи - в.

»

I-»-«.- HI /личиисг^уча я«лпсли nuryt/inni-uuiv и?««сисиии

I iiuUu M.'vrtbJH ¡ft ч/уци frj ПЛ Ч/lfjn/lUI iLtis\ ri^lfi^l i^i inn

ПРОВОДИМОСТИ И ГЕНЕРАЦИИ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ В МИНЕРАЛАХ

Идеальным минералом для исследования механизмов импульсного электромагнитного излучения и изменения электропроводности при адгезии (расщеплении) является группа слоистых силикатов. Один из представителей этой группы - мусковит KAl^lAISi^O^j.l+OHj^ ■

При расщеплении слюды (мусковита) происходит разъединение электрических зарядов противоположного знака, причем в высоком вакууме в узком зазоре между разъединенными поверхностями образуется сильное электрическое поле, под действием которого происходит эмиссия частиц. Наблюдаемое нами импульсное радиоизлучение образцов слюды в низкотемпературной области можно объяснить процессом адгезии (Б.В.Дерягин и др., 1973). При нагревании' слюды в вакууме она расщепляется вследствие парообразования межполостной и ' полусвязанной воды. Электропроводность и импульсное электромагнитное излучение измерены для образцов различных месторождений мусковита; Енское, Сычуанское, Согиондон. Нагревание проводилось от комнатной температуры до 1060°С. Электромагнитное излучение фиксировалось в широком диапазоне, радиочастот (9-1333 м). При измерении электромагнитного излучения минимумы интенсивности радиоимпульсов наблюдались при 110, 160, 220, 320, 410, 450 и 500 С, а максимумы при 70,150,170,240,390,430 и 470 С. Температуры электрической активности центров, расположенных на поверхности слюды, при нагревании совпадают с минимумами и максимумами на температурной' зависимости интенсивности электромагнитного излучения.

В значениях констант диссоциации различных электролитов, степени гидролиза солена изменении состава комплексных соединений и свойств воды наблюдаются перегибы на кривых при температурах 165,250,330 °С. Повышение концентрации электролита или давления, вызывает смещение перегибов на кривых по температурной оси от 33Q до 362"С (Л.Н.Овчинников, А.М.Масалович,1973). Положение "особых" температурных точек находится в хорошем соответствии с температурными ступенями кристаллизации минералов по данным термобарометрии, электропроводности и импульсного электромагнитного излучения. В области высоких температур в интервале выделения конституционной воды из кристаллической решетки мусковита интенсивное электромагнитное излучение наблюдалось в интервалах 640-700-.710 С и 940-1000 С. На кривой электропроводности (730760-790 С) имеется максимум, обусловленный, одновременно с выделением гидроксила, перестройкой кристаллической решетки минерала. Механизм дегидроксилации в пшроксилсодержащих силикатах и алю-

ыОС>шНКЗТ2л С Д|10к1к13дрИ;1£СК0и ихруЗч^рОИ ЗаКЛЫчЗсТСЯ В ИНТСНСИВ-

ной реориентационной подвижности О-Н диполя, приводящей к существенному уменьшению высоты барьера, в связи с чем отмечается надбарьерный переход протона на свободную орбиталь кислорода соседней ОН-группы (А.СЛитовченко,1993). Образовавшаяся таким образом молекула воды диффундирует в межслоевое, пространство через гексагональное кольцо. Флуктуации, вследствие ориентации, подвижности О-Н диполя обуславливают генерацию электромагнитного излучения, а ноны гидроксила и протона участвуют в переносе заряда и поляризационных процессах во время отделения конституционной .воды. Часть электромагнитного излучения генерируется за счет расслоения слюды, то есть адгезионного механизма. Максимум электромагнитного излучения, быстрый рост электропроводности, эндотермический пик на термограмме (780-8601000 С) обусловлены дегидратацией мусковита. . Минимум электропроводности на ^участке 490-570-600 С при нагревании и. максимум 620-580-520 С в процессе последующего охлаждения расположены в области полиморфных переходов а О ¡3кварца. По-видимому,в кристаллической решетке минерала Дополнительно образуется фаза СС -кварца вследствие нагревания образца слюды в постоянном электрическом поле, стимулирующим разрыв связей в кремнекислрродных тетраэдрах.

ПрОЕедены исследования электрофизических и фазовых характеристик полевых шпатов при отжиге в постоянном электрическом поле. В них хорошо изучены равновесные отношения при структурных превращениях минералов в системе альбит-ортоклаз-кремнезем-вода и выполнен термодинамический анализ явлений беспорядка кристаллических фаз (Э.Э.Сендеров,1985). Образцы для ¡¡следования электропроводности были подобраны с определенным фазовым составом из коллекции С.С.Кумеева. Фазовый состав образцов полевых шпатов представлен в таблице 1.

Таблица 1

Фазовый состав образцов полевых шпатов

№ № Тип Фазовая характеристика Минерал

п/п прооы п/ш Ог% Аб % Ап.%

1 Д-.46 К 100 _ микроклин

2 ТФ-5 К 85 15 - микроклин

3 Э-134 П 9 81 .10 олигоклаз

4 ТФ-1 П 2 76 22 олигоклаз

Нагревание каждой разности полевого шпата проводилось в вакууме (10 мм рт.ст.) в интервалах: 20-460, 20-940, 20-1000 С. Образцы полевых шпатов, отожженные таким образом в электрическом поле, подвергались рентгеноструктурному анализу для определения параметров элементарной ячейки и структурно-фазовых характеристик. Полученные результаты методом

рентгеноструктурного анализа и электропроводности подтверждают механизм образования анортита и кварца при изоморфных замещениях в тепловом и электрическом полях.

Интерес также представляют эксперименты по выявлению позитро-'ниевых состояний при облучении позитронами микроклина, имеющего, по нашим предположениям, квазимолекуЛу [СаШ3Ов 1+

(радикал), а также образование и релаксация объемного заряда в образцах полевых шпатов при их отжиге в,электрическом поле. Ранее обнаружено, что позитроны могут захватываться различными ^дефектами в ионных кристаллах, в основном вакансионного типа с образованием позитрониевых состояний (К.П.Арефьев и др., 1976; \V.Brandi и др., 1971). Если образец микроклина имеет квазимолекулу [Са40АШ1 О ]+, компенсируемую катионной вакансией

[Са^КШО] [-1 или гидроксилом [Сал^ШП\+ОН или

J О ^ О

электроном [Са41.4/&'>(98] [-/? ] в течение геологического времени,

то, нагревая образец до 800 мы можем освободиться от

электронов и гндрокснльной группы, как легко подвижных примесей, возможно частично от катионных вакансий. Локализованные позтрониевые' состояния в области вакансионных дефектов будут образовываться в меньшем количестве. Поэтому\ позигрониевые состояния будут образовьшать меньшее число позитронов, по сравнению с неотожженнымн образцами. После отжига в аналогичных условиях ' этого же образца• до 1000е7 С в матрице микроклина • образовались новые фазы. По данным

рентгеноструктурного анализа и электропроводности - это фазы кварца и плагиоклаза. Дефектность после нагревания микроклина до 1000® С увеличилась и, соответственно, увеличился выход интенсивности узкой компоненты позитрониевых состояний, что наблюдалось по увеличений интенсивности узкой компоненты в корреляционных кривых аннигиляционного излучения (рис.4). Полученные - результаты согласуются ,с вариациями структурных компонент, параметров элементарных ячеек и изменениями структурно-фазовых характеристик идентичных образцов микроклина и могут быть объяснены на основании изоморфных замещений в микроклине. Электрические и электромагнитные эффекты были зарегистрированы при исследовании электропроводности,

Р:;с,4. а) Кривые углового распределения аинигаляционного излучения для

образца мнкрокшша (Д-46): I - исходный; 2 - отожженный до 800° С в постоянном

электрическом позе; 3 - отожженный вторично до 1000°' С.

б) Кривые углового распределения анннгнляшюнного излучения для образца шшрошшна (Д-46) а статическом магнитной поле 1 Тл: 1 - исходный; • 2 -

отожженный до ЗАО0 С в постоянном электрическом поле; 3 - отожженный

вторично до 1000 17 С.

термолюмпнесценции, импульсного электромагнитного излучения образцов микроклина, которые подвергались облучению позитронами на предает определения выхода узкой компоненты (рис.5). Эффекты памяти о запасенной светосумме отражаются на температурной зависимости трка проводимости (рис.5,П-а) и импульсного электромагнитного излучения (рис.5,П-б) при охлаждении неоднократно нагретого образца микроклина. На рис.5. П-в для наглядности и сопо-

етавлення изображена "тень" термолюминесценции. Наблюдаемые поляризационные явления в микроклине при его нагревании и охлаждении можно отнести за счет многочисленных форм проявления электр етного состояния диэлектриков. При облучении твердых диэлектриков часть энергии излучения превращается в энергию электрического поля. Эффекты "памяти" рассмотрены на весьма распространенном в природе -минерале - кварце из медно-молнбденового месторождения Сора и одного 4 из золоторудных месторождений Восточного склона Кузнецкого Алатау.

Изменений тока проводимости в вакууме для, определения электропроводности искусственного кварца можно сравнить с процессом электролиза. Так, из вакансий кремния диффундирует протон (Н+), а из междуузелья поступает натрий или другой щелочной

элемент, Разрушается дивакансня 31-0 центра Е^ с выделением на

аноде Н 2К, N3, А1, Ре и др. На катоде выделяется кислород и

гидроксид, превращаясь в пары воды. Рекомбинацию дефектов в этом случае можно рассматривать- как физико-химический процесс,, идущий с образованием новой' фазы (твердого раствора) в матрице кварцевой пластинки.

Как показали исследования электропроводности искусственного и природного кварца, область собственной проводимости может наступать только после полиморфного перехода ¡3-кварца: в

трндимит (860" С). Носителями зарядов" в области собственной

проводимости кварца являются ионы 31 ^ .Предполагается, что облучение электронами, наряду с образованием френкелевских пар, приводит к захвату электронов примесными и собственными дефектами, предшественниками вторичных электронов и дырок, и их локализация на двойниковых границах с образованием Е1 ,Б и А1-

центров. При приближении к температуре ' (X —р ннверсни происходит перестройка и вибрация доменных границ,разрушение предцентров. Релаксация инжектированного в образце заряда и выделение избыточной запасенной энергии происходят при температурах термолюминесценциидекрепигашш и а — р инверсии. Перераспределение дефектов сопровождается ' возникновением термотоков и более интенсивным электромагнитным излучением.

Проведены исследования по радиационному стимулированию генетической "памяти" в кварце. Стирание информации на различных информационных уровня может происходить независимо (Н.П.Юшкин, О.ВЭстерле,1979). Информация, полностью стертая на одном уровне, может сохраниться на других уровнях. Физическая природа первичной и наложенной информации (шума) одинакова. Опираясь на корреляцию между ними, можно по характеру шума

реставрировать и характер первичном минералогической информации. Таким реставратором может служить радиационное стимулировзнне генетической "памяти" в минералах. А.Б.Успенской (1993-1935) исследованы упругие, электричесческие, пьезоэлектрические и другие свойства жильного кварца оловорудных месторождений. Установлены проявления генетической памяти в физических свойствах минералов, запечатленной в дефектах структуры, которая несёт информацию о физико-химических условиях их кристаллизации. Минералогическая информация может быть получена с помощью предложенных нами методик измерения электропроводности, импульсного электромагнитного излучения а флуктуации термотоков минералов при непрерывном нагревании в вакууме.

Глала IV. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ II ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ, ВЫЗВАННЫЕ НАГРЕВАНИЕМ ОБРАЗЦОВ МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД

ЛЛХ СВЯЗЬ С НЕКОТОРЫМИ ГЕОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Метод синхронного измерения электромагнитного излучения с акустической эмиссией был предложен нами с целью определения температур минералообразования и полиморфных переходов • (С.Д.Заверткин,В.Н.Сальннков и др., 1982). ■ Для определения температур минералообразования и полиморфных превращений методами электропроводности,- .термоспшулнрованного тока и электромагнитной эмиссии были отобраны образцы кварца различных стадии минерализации из Сорского' медно-молибденового месторождения.

Исследования показывают, что каждый из образцов, выпиденных из пробы кварца одной стадии минерализацнп.имеет свои специфические особенности электропроводности и

термостимулированного тока, которые обусловлены количеством точечных и трехмерных дефектов,газово-жндких включений в -одинаковом объеме пластинки, подготовленной к эксперименту. В то же время,на кривой проводимости и ТСТ имеется ряд "особых" температурных точек, ответственных за определенный физико-химический процесс, которые несут генетическую информацию. По значениям электропроводности можно уверейно разделять три стадии образования кварца. Самые высокие значения электропроводности в низкотемпературной области характерны для кварца второй стадии генерации, самые низкие - для первой, а интенсивные флуктуации электропроводности установлены для третьей стадии минерализации. В интервалах гомогенизации и декрепиташш газово-жидких включений самая узкая область электропроводности при нагревании характерна для образцов кварца первой стадии минерализации (240360" СУ Большой разброс значении «проводимости наблюдается для второй стадии минерализации (290-420 С)

«о то еоо 150 т Л

■ Л-1_1-1_I . I

гг гб±-ю\к

11 18

Ркс.5. ! • -Температурная зав образцов ыикрокпина: а

1 ^ / У->

1-1-Г*=п-1-1-1- „

150 150 35О ¡150 £50 ГС

еныость аномальной

рОПрОВОДИС-СТ'Л

: а - тсрмолгомннесценцня; б - зависимостьХй.С—^/ (—)

В1Ч нагревании; в - то же яри охлаждении поете нагревания до 500^ С; г -' изменение тока проводимости при нагревании; д - интенсивность электромагнитных импульсов в диапазоне частот 0,15-30 нГц.

П - Эффекты памяти в мшфокднне, проявляющиеся на геш?ерат)-риоц зависимости тока проводимое в процессе охлаждения (а); б - электромагнитное излучение в радиодиапазоне частот; в - териолюмииесценция при нагревании.

Образец был облучен позитронами в отожжен до 800° С в элоярачеиом поле,

затем снова облучен и аналогично нагрет до 1000''' С.

Ш - Температурная зависимость интенсивности электромагнитного излучения образца ыикрокпина при охлаждении (г); д - изменение напряженности внутреннего поля образца; ж - аномальное изменение тока проводимости, стадии

о

минерализации (270420 С)

Промежуточное поло» данном интервале темг минерализации (290-420 °С). Чтобы

Промежуточное положение по значениям электропроводности в данном интервале температур занимают- образцы третьей стадии

выяснить распределение интенсивности электромагнитных импульсов по температурным интервалам физико-химических процессов, происходящих в образцах кварца различной минерализации, определено среднее количество импульсов в каждом интервале. Интервалы физико-химических процессов взяты по кривым электропроводности. Интенсивность ЭМИ первой стадии минерализации изменяется с температурой по параболе. Минимум ЭМИ падает на интервал гомогенизации и декрепитации (320-440с' С). Интенсивность ЭМИ кварца второй стадии минерализации изменяется с температурой по синусоиде. При нагревании кварца третьей стадии генерации ЭМИ не зарегистрировано.

При возбуждении горных пород тепловым полем происходит отражение процессов метасоматоза и контактово-метасоматнческого метаморфизма в электрических и электромагнитных явления. По многочисленным измерениям температурной зависимости электропроводности образцов из Сорского карьера, с Солгонского, Вельского, Случайнинского, Андатского и других интрузивных массивов построены области значений электропроводности. Распределение этих областей, особенно в интервалах низких температур, зависит от наличия примесей с низкой энергией активации'зарядов. Так, область электропроводности кварцевых порфиров находится внутри области 1ранитов. Дайки диабазов1 имеют сравнимую электропроводность с гранитами преимущественно "только выше температуры 300° С. Измененные в результате метасоматоза горные породы обладают повышенной интенсивностью термолюминесценцйи, счетом электромагнитных и световых импульсов и сложной температурной зависимостью электропроводности. Заполнение пространства рудным веществом можно рассматривать как компенсацию заряженного каркаса минеральной системы, имеющей дефектную структуру. Комплексное изучение электрофизических характеристик горных пород интру-. зивных массивов метасоматически и гидротермально измененных пород Сорского месторождения и золоторудного поля "Коммунар" свидетельствует о взаимосвязи температурной зависимости электропро-водностн, электромагнитного излучения, термолюмннесценции в интервалах температур минералообразования и рудоотложення.

' Нагревая образец горной породы, мы как бы возобнавляем на короткое время работу "функциональной зоны метасоматоза" (по выражению ГЛ.Поспелова, 1973) и фиксируем приборами локальные электрополя, которые могуг появляться в ходе работы функциональной зоны метасоматоза в результате многих причин. 'Многие наблюдаемые электрические и электромагнитные эффекты при "нагревании образцов горных пород возникают в интервалах температур,' когда-то имевших место геологических процессов, в том числе и метасоматоза. Они, вероятно, суть н следствие возникновения в объеме об-

разца части тех процессов,к старые сформировали данную структуру. Функциональная микросистема метасоматоза работает как саморегулирующая система. Работы ФAJI етникова (1991,1992) по самоорганизации геологических процессов были использованы автором при описании электрических и электромагнитных процессов в минералах и горных породах при возбуждении тепловым,радиационным и электрическим полями. Механизмы электромагнитной эмиссии были пересмотрены с позиций законов по самоорганизации сложных систем вещества и полей.

Предварительное электронное облучение образцов горных пород приводит их в возбужденное состояние и облегчает расшифровку определенных физико-химических процессов методом электропроводности и интенсивности электромагнитных импульсов при их нагревании. Аккумулирование заряда минералами при* электронном облучении образцов горных пород, изменение • их состава и увеличение дефектности, влияние накопленного заряда и нарушений на электромагнитные явления, поиски подобных эффектов на природных объектах представляют научный и практический интерес.

Установлено, что наличие рудных элементов обусловливает более сложную взаимосвязь естественной термолюминесценции' и гамма-термошоминесценцни с электропроводностью, что является одним из критериев рудоносности доломитов стратиформных полиметаллических месторождений (В.Н.Сальннков, В.И.Силаев,1982). На основе комплексного изучения электрофизических свойств карбонатных пород Янгояхинекого рудного поля (Северный Вайгач) сделан вывод о гидротермальном гинезнсе стратиформных рудопроявлений о.Вайгач. Хорошая геологическая, минералогическая*и геохимическая изученность рудопроявлений послужила основой для постановки исследований электрофизических свойств карбонатных пород Янгояхинекого ручного поля с целью выявления новых критериев рудоносности стратиформных месторождений. Одним из перспективных электрофизических методов для определения степени преобразования осадков и генезиса стратиформных месторождений является' метод температурной зависимости электропроводности, основанный на анализе аномалий проводимости, возникающих,как следствие изменения дефектности горных пород в различных геологических процессах при фазовых превращениях и полиморфных переходах первого и второго рода.

Выявленные закономерности изменения электропроводности, ЭМИ, ТЛ и гамма-ТЛ карбонатных пород были использованы для расчленения карбонатных толщ палеозойского фундамента электрофизическими методами на примере нефтегазоносных месторождений Томской области. Построены области температурной зависимости электропроводности мраморов и известняков как в процессе первичного нагревания образцов, так и для повторного, что позволяет, на осно-

ванин сопоставления этих областей, получить информацию о метаморфизме осадочных толщ и о их частичной метасоматнческой и гидротермальной проработке. Для подтверждения полученных результатрв методом гамма-ТЛ по определению доломитовой молекулы в кальците черных известняков была использована инфракрасная спектроскопия.На основе изучения электрофизических свойств карбо-. натов установлено, что в них, как и в других породообразующих минералах (кварц, полевой шпат,флюорит),наблюдаются остаточные эффекты минеральной "памяти", о дефектах кристаллической решетки, на которых были локализованы центры окраски, ответственные за термолюминесценцию.

Глава V, ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ЭМИССИЯ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, АМОРФНЫХ ТЕЛ И СИТАЛЛОВ Большинство рудных минералов имеют полупроводниковые свойства' и при определенных условиях в литосфере могут' генерировать импульсное электромагнитное излучение в радподнапазоне частот. При тренин или разрушении минералов их поверхности (или отдельные части) становятся электрически активными и приобретают электретное состояние. Эксперименты по изучению аннигиляции позитронов в кристалла/, кремния показали, что в случае наличия1, образцов с механически полированными поверхностями происходит сужение корреляционных кривых аннигиляционного-излучения (К.П.Арефьев, А.С.Ка'ретникоЕ ,1975). Нами была исследована электромагнитная эмиссия в тепловом поле образцов кремния с различной степенью обработай поверхности. Эксперименты показали, что начальная температура появления электромагнитной" эмиссии и ее прекращение зависят от о бра бон; и поверхности полупроводников. Для образца кремния, обработанного ■ порошком крупностью !4 мкм, начальная температура ЭМИ самал высокая. Как показывают эксперименты, с ростом температур.1-1 интенсивность радиоизлучения растет не линейно, а с максимумами ЭМИ. амплитуда которых увеличивается с температурой. За генерацию ЭМИ в данном случае ответственны электроннодырочнь^е процессы как в объеме образца, так и в поверхностном слое.

Модельными аналогами эффузивных пород являются стекла. Часть проблем по переработке отходов горнодобывающей промышленности относится к технологической минералогии и петрургин. Электрические свойства стекол всегда были предметом , постоянного внимания исследователей (К.С.Евстропеев, ! 964; О.В.Мазурнн,!971, ! 974,1985). Ранее нами были получены результаты по регистрации электропроводности, термотоков, электромагнитных импульсов в радиодиапазоне частот и акустических сигналов в процессе нагревания и охлаждения

образцов силикатного стекла (О.М.Бреховских ■ и др.,1977; В.Н.Сальников,1979). В проблеме комплексного использования минерального сырья стоят задачи изыскания возможности расширения сырьевой базь: за Счет использования различных видов местного недифицптного сырья и утилизации промышленных отходов, разработок и внедрения новых видов технологических процессов, синтез'а стеклокристаллических материалов- нз разнообразных сырьевых источников и промышленных отходов переработки полезных ископаемых Сибири.- Большое значение представляют исследования электрофизических свойств метасиликатных стекол и ситаллов для определения их' фазового состояния с помощью электрических н электромагнитных сигналов, состав которых приближается к реальному магматическому расплаву глубинных пород. .Исследуемые составы стекол и ситаллов располагаются в поле моноклинальных пироксеновых твердых растворов

Ся-Л'/яО-Л/^-Я/О (А.Б.Мананков и др.,1979,1985).С целью

определения температур первой и второй-' ступени термообработки стекла рассмотрены закономерности псрявления электрических и электромагнитных сигналов в области индукционного (предкристаллизацнонного) периода роста* кристаллов и раскристаллизации стекла (680-960 С). Метод синхронной регистрации электропроводности с импульсным электромагнитным, излучением позволяет с высокой точностью и достоверностью определять температуры фазовых превращений, устанавливает возможность оптимизации технологического процесса получения ситаллов с заданными физико-механическими и химическими свойствами.

Глада VI ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ

СИСТЕМЫ ,

Проблему накопления электромагнитной энергии в литосфере, локализацию и выход ее в определенных местах геологических тел и техногенных сооружений в виде сгустков энергии (электромагнитных систем), представленных объектами различных классов и типов, можно отнести к геологической науке о быстропротекающих процессах в геологии и геофизике. В последнее время сделаны попытки объяснить часть явлений малоизученными природными процессами в магнитосфере. Предполагается связь плазменных образований с загрязнением атмосферы и нарушением электромагнитного равновесия окружающей среды (Е.Т.Протасевич, 1992).

Под электромагнитными системами понимаются Есе объекты вещественной и полевой структуры в виде плазмоидов различной формы и их связи, наблюдающиеся е атмосфере, литосфере, космосе, излучающих электромагнитные импульсы в широком диапазоне частот от гамма-излучения до радиодиапазона, света'и тепла. К электромаг-

нитным скысмиМ отнесен широкий класс до.ш ожнвущих плазменных образований - от шаровой молнии до неотождествленных объектов. ' Электромагнитные системы , наблюдаемые в окружающей среде, бы' ли разделены по месту возникновения в природе на атмосферные, литосферные, гидросферные и техногенные, находящиеся. в зонах антропогенной нагрузки. На основе проведенных- нами исследований по наблюдению и регистрации систем предложена структура сложной прнродно-техногенной системы (биоэлектромагнитной),состоящей из ряда подсистем: а) геолого-геофизическая, б) техногенно-конструк-"ционно-экологнческад,' в) физико-химическая, г), мнкробногенна-биофизическая, д) электромагнитная тороидально-вихревая. Каждая такая подсистема может, в свою очередь, рассматриваться как система с подсистемами.

В результате систематических наблюдений сделаны фотоснимки, доказывающие объективное существование электромагнитных систем в природе и следов их воздействия на литосферу. Магнито-, электро-, газортугная съемки позволили выявить места контакта плазменного .объекта с горными породами. Под микроскопом в шлифах и аншлифах автором впервые установлены многочисленные каналы электротеплового пробоя кремниевых пород (фото 1,2).В отдельных 11]лифах,нзготовленных из образцов, отобранных с места контакта, установлены микрофулыуриты (каналы электрического разряда, заполненные кварцевым стеклом и гидроокнслами железа). Для исследования химического состава аддуктов взаимодействия аномального объекта с : горными породами были использованы методы: спектрофотометрия, атомнуя абсорбция, комплексонометрия. Анализы выполнялись в Институте геохимии, минералогии и рудообразования АН Украины под руководством В.П.Иваницкого. Проводился фазовый анализ для определения различных форм нахождения железа. С целью исследования валентного состояния • железа, распределения его по парамагнитным и магнитоупорядоченным фазам, проведено исследование некоторых из образцов методом ядерного гамма-резонанса (ЯГР). Обработка ЯГР-спектров проведена по программе, реализующей метод наименьших квадратов.Вклады всех минеральных фаз с железом в парамагнитном состоянии и неэквивалентных структурах положений Ре3+ и в

них описаны суммарными дублетами квадрупольного расщепле-ния.Большинство спектров пород, подвергнутых воздействию ЭМС, представляют собой суперпозицию двух дублетов квадрупольного расщепления и одного секстета магнитного расщепления. Присутствие

металлического железа (Ре° ) в разных количествах зафиксировано во всех исследованных образцах. Конфигурация ЯГР-спектров исследованных проб не дает оснований для выделения камасита, Тенита и

троил;,та, как самостоятельных железосодержащих фаз, характерных для метеорите?. .

Фото !. Шлиф обр. 12 (кремни Гсрбушлнекой святы). Порода светло-серого цвета с чуть зеленоватым оттенкам. Текстура массивная, пятнистая. На темном фоне слабо выделяются .более темные вкрапления окремненных радиолярии. Наблюдаются мнкродитькзшегнвы н трещины (черное), заполненные гидроокиелймн железа, иногда вторичным кварцем.. Николи скрещены, увелл9. Порода не подвергалась воздействию плазменного объекта (ЭМС).

■ Фото, 2. Шлиф обр.35-1. Порода из зоны воздействия ЭМС (район-пос.

Дальиегорск). Кремень брекчирован, разбит трещинами, рассланцован. Цвет" . породй стол вишнево-красным. Ядра радиолярий осветлены. В шлифе имеется серия прожилок от элекгротеплового пробоя, заполненных халцедоном, кварцевым стеклом н гидроокислаын железа.

Релаксационные процессы в горных породах литосферы обуславливают генерацию долгоживущих электромагнитных систем полевой структурь!, которые при выходе на поверхность раздела литосфера-атмосфера компенсируют узлы квазикристалла, состоящего из электромагнитных полей, веществом четвертичных осадков, оставляя в современном рельефе ямы различной конфигурации. Предложена модель, объясняющая механизм образования электромагнитных систем на границе литосфера-атмосфера, которая позволяет объяснить исчезновение грунта из ям в Крапивинском, Ижморском районах Кемеровской области, в районе г.Сасово Рязанской области и вывала леса в районе г.Петрозаводска (Карелия). Электромагнитные- системы рассматриваются как природные и техногенные автоколебательные системы разрывного типа.

На отдельных примерах в работе рассмотрены результаты исследований по закономерностям формирования электромагнитных систем в зонах о антропогенной нагрузкой. При обработке данных установлено,, что _появление электромагнитных систем всех типов и классов приурочены к хорным цепям, кольцевым структурам, зонам сочленения геосинклинальных областей с платформами, тектоническими зонами^- местам пересечения напряженных зон тектонических структур, гидросети, линиям механических напряжений в массивах горных пород. На основании исследований закономерностей образования ЭМС предложены способы прогнозирования времени и места проявления электромагнитных систем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ' .

Обобщены результаты исследований по электропроводности минералов, горных пород и искусственных кристаллов и генерации, ими импульсного электромагнитного излучения в радиодиапазоне частот., Установлено, . что . основной причиной возникновения электромагнитных импульсов и подвижных зарядов являются процессы структурной перестройки и релаксации дефектов при варьировании термодинамических параметров системы, в первую очередь, температуры и давления. Выявлена особая роль. слабосвязаннон и конституционной воды в структурных превращениях минералов, в частности, мусковита, а также локально-напряженных участков минерала, имеющих характер злектретного состояния, ответственного за перераспределение зарядов и флуктуационный механизм электромагнитной эмиссии.' Предложена модель механизма уменьшения проводимости'микроклина с увеличением абсолютного возраста. Выявлены температуры метасоматоза горных пород и стадий рудоотложения при формировании Сорского медно-молибденового месторождения и золоторудных месторождений КоМмунаровского рудного поля методами электропроводности, термолюминесценцин и импульсного электромагнитного излучения. Предложен способ опре-

деления темперах/р минералообразования и полиморфных превращений. По изменениям электропроводности, интенсивности электромагнитного ¡¡¿лучения и термолюминесценции определены новые критерии рудоносности стратиформных месторождений о.Вайгач. Доказана возможность использования электрофизических методов для расчленения карбонатных толщ палеозойского фундамента на примере нефтегазоносных месторождений Томской области.

Установлено, это методами электромагнитной -эмиссии, электропроводности и синхронного измерения электропроводности, термотоков и электромагнитного излучения можно осуществлять контроль качества и температуры оптимальной .технологической обработки петрургичеких сплавов, стекол и снталлов. • Результаты моделирования электрических и электромагнитных процессов в минералах и горных породах при их возбуждении тепловым, радиационным, электрическим, механическим полями рассмотрений с позиций представлений о самоорганизации вещества и полей, ведущих к образованию электромагнитных систем в литосфере геоактивных зоь(.

ОСНОВНЫЕ ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦШТ

1.Сальников В.Н. Влияние метаморфизма на электропроводность горных пород и минералов //Геология и геофизика. -1975. -N7. -С.110-119.

2. Сальников В.Н. О зависимости электропроводности' некоторых горных пород и минералов от геологических процессов и времени,-Томск: изд-во ТГУ,Известия ТПИ, 1970.-Т.260.-С.78-83.

3. Сальников В.Н. Электромагнитные эффекты в интервале выделения конституционной воды из кристаллической решетки мусковита //Изв-ВУ Зов. Сер.Фнзика.-1977.-N 1 -С.20-27.

4. Сальников В.Н. Электрофизические свойства горных пород (электропроводность и радиоизлучение образцов горных пород при йх нагревании): Учебное пособие.-Томск, изд-во ТПИ, 1977.-84 с.

5. Сальников В.Н., Заверткин С Д. Наблюдения электромагнитных явлений в массиве и' в образцах горных пород //Проблемы геотехнологин: Матер.П-он Всесаданф. по- геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых.-Москва,1975.-Кн.1.-С .294-303.

6. Сальников В.Н., Кумеев С.С. Изменение фазовых характеристик полевых шпатов при отжиге -в постоянном электрическом поле //Матер.по геологии4 и полезным ископаемым КалмыцкоГ; АССР. -Элиста, 1980.-В.5.-С. 199-209.

7. Сальников В.Н., Заверткин С Д. Термостимулнрованная эмиссия радиочастотных электромагнитных н акустических импульсов при фазовых переходах и отжиге дефектов в минералах //Минералогия, геохимия и полезные ископаемые Сибири.-Томск: изд-во "Красное Знамя".-1990.-В. i .-С.206-211. -ч.

8.Сальников В.Н. Об электрофизических свойствах горных пород //Геология и геофизика,-1978.-N2.-C. 126-134.

9. Сальников В.Н., Мананко^ A.B. Электрические и электромагнитные явления как индикаторы фазового состояния вещества //Рудные формации и месторождения Сибири.-Томск,1979.-С. 165-169.

10. Воробьев А А., Федоров Б.В., Заверткин С.Д., Сальников В.Н. Регистрация электромагнитных импульсов при термовозбуждении облученных фосфатных стекол //Физика и химия стекла.-1977,- • N4.-T.3.-C.373-375.

1J. Воробьев А А., Завадовская Е.К., Сальников В.Н. Изменение электропроводности и радиоизлучения горных пород и минераловпри физико-химических процессах в них //ДАН СССР.-1975. -Т.220.-С .82-85.

12. Воробьев А А.,Сальников В.Н. Книга Л.Г.Поспелова "Парадоксы, геолого-физическая сущность и механизмы метасоматоза" (Ново-сибнрск:Нзука,1973)//Геология и геофизика.-1976.-N7.-C. 140-144.

13„Воробьев АА.,Сальников В.Н., Заверткин С .Д. Регистрация электромагнитных импульсов при полиморфных превращениях кварца //Изв.ВУЗов. Сер.Физика.-1975.-N8.-C.138-140. ( .

14. Воробьев A.A., Сальников В.Н., Коровкин М.В. Наблюдение радиоимпульсов при нагревании кристаллов и минералов в вакууме //Изв.ВУЗов. Сер.Физика.-1975.-N7.-C.59-64.

15. Воробьев А А., Сальников В.Н. Наблюдение радиоволн и

. аномальные изменения электропроводности при нагревании образцов . -горных пород и минералов' //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.- 1976.-N5.-C.3-15.

16. Воробьев А А., Сальников В.Н. Электромагнитное излучение и изменение электропроводности образцов мусковита при отделении слабосвязанной воды //Изв.ВУЗов.Сер.Физика.-1977.-N 1. -С.27-33.

17. Воробьев АА., Заверткин С.Д., Сальников В.Н. Наблюдение акустических и электромагнитных импульсов при релаксации термовозбужденного состояния некоторых диэлектриков/,/Изв.ВУЗов. Сер.Физика.-1977.^2.-С.132-134.

18. Ереховских С.М., Воробьев А А., Завадовская Е.К., Сальников

B.Н., Коровкин М.В. Регистрация импульсного электромагнитного, излучения в диапазоне радиочастот при нагревании периклаза и технического стекла //Изв.ВУЗов.Сер.Физика,-1977.-N4.-C. 124-131.

19. Воробьев А А., Заверткин С.Д., Кочербаев Т.К., Сальников В. Н., Молдокматов О.Т. Исследование электрических, электромагнитных и акустических эффектов в двухкомпонентных смешанных поликристаллах NaCl и KCl /Я-1зв.ВУЗов.Сер.Физнка.-1977.-Ьт12.-

C. 105-111.

20. Сальников В.Н. Изменение электропроводности и регистрация электромагнитных • импульсов ■ в предварительно облученных

электронами образцах. ropHbix пород? при их нагревании //Изв.АН СССР. Физика Земли.- 1979.-N2.-C.79-83.

21. Сальников В.Н., Арефьев К.П., Каретников A.C. Исследование импульсного радиоизлучения возбужденных в „тепловом поле образцов, кремния с различной степенью обработки поверхности //ГПИ.-Томск,1979.-12 с. -Депл ВИНИТ» 23.06.79, N2665-7S>.

22. Сальников В.Н., Заверткин С.Д., Коровкин М.В. Электромагнитные и акустические эффекты вследствие структурных изменений в стеклах //ТПИ.-Томск, 1979.-28с.-Деп.в ВИНИТИ 14.11.79.N3981-79.

23. Сальников В.Н., Кумеев С.С., Арефьев К.П.,Килеев В.П. Исследование дефектности микрокпина методами аннигиляции позитронов, электропроводности, импульсного, электромагнитного излучения //Минералогический журнал,-1981 .-T.3.-N5.-C.97-105.

24. Сальников В.Н., Приезжев Б.Н'. Методика измерения электропроводности образцов горных пород в широком интервале температур //Физико-техн.проблемы разработки полезных ископаемых.-1982.-N 1.-С.89-90.

25. Бакнров А.П, Сальников В.Н. Новый источник минералогической информации н его значение //Гез.докл.Всес.совещ.: Теория и методология в мннералогуи.-Сыктывкар: Ротапринт-Коми филиала АН СССР,1985.-С.125-126.

. 26. Сальников В.Н., Ганькнна JI.H. Наблюдения электромагнитных импульсов в нагреваемых образцах горных пород вследствие отделения минералообразующнх растворов ' //Изв.ВУЗов.Сер. Геология и разведка.-1978.-N5.-C.61r69.

27. Сальников В.Н. Образование электромагнитных систем в литосфере //Непериод.быстропротек.явл. в окруж.среде. -Томск.-1990. -С.51-101. -Депа ВИНИТИ 27.02.90, N1151-В90. ' "

28. Сальников В.Н. Закономерности проявления аномальных явлений в помещениях//Там же. 7С.119-194. .

29. Сальников В.Н., Токаренко Г.Г! Электромагнитные поля в живой и неживой природе и суточные вариации биолокационного эффекта //Непериод.быстропротек.явл.в окруж.среде /Гом.политех. ин-т.-Томск, 1989.-С.49-80.-Деп.в ВИНИТИ 29.11.80, N7141-В89.

ч 30. Сальников В.Н., Скавинский В.П., Коровкин М.В., Лебедева С. В. Г^олого-геофизические условия образования и взаимодействия с горными породами аномального объекта в районе Дальнегорска //Не-период.быстропротеклвл. в окруж.среде /Том.политех.нн-т. -Томск, 1990.-4.1.-С.150-212.-Деп. в ВИНИТИ 19.04.^0, N2110-В90.

31. Сальников В.Н. Прнродно-техногенные зоны электромагнитной разгрузки //Непериод.быстропротеклвл. в окруж.среде /Гом.политех.ин-т. -Томск, 1990.- Ч.З.-С.86-156. -Депл ВИНИТИ 15.02.91.N776-B91.

32. Сальников В.Н., Скавинский В.П. Взаимосвязь плазменных образований с вариациями естественного импульсного электромагнит-

,-ü

ного поля Земли //Непериод.быстропротек.явл. в окруж.среде /Том.политех.ин-т. -Томск, 1990. -4.2. -С.2-43. -Деп. в ВИНИТИ 07.12.90, N6154-В90.

33. Сальников В.Н. Геолого-геофизическая характеристика зоны вывала леса в районе Петрозаводска //Труды докл.на конф. 'ЭНИО-91-Краснодар, 1991. -Вып.З.-С.86-90.

34. Коробейников А.Ф., Сальников В.Н. Геолого-геофизнческая подсистема в самоорганизации геологических процессов // Тез.докл. на семинаре: Геологическая синергетика. -Алма-Ата, 1991 .-С. 1 б-17.

35. Сальников В.Н. Прогнозирование времени и места проявления аномальных явлений //Докл.П Всес.научно-техн.шк.-семинара: Непериод.быстропротек.явл. в окруж.среде.-Томск, 1990.-С.278-296.

36. Сальников В.Н: Характеристика предполагаемого места воздействия аномального объекта на литосферу в геоактивных зонах пустыни Кызыл-Кум //Докл-конф.'ЭНИО-92".-Краснодар,1992.-С.51 54.

37. Сальников В.Н. Метасоматические замещения в живом веществе при воздействии долгоживущнх плазменных образований на литосферу //Магер-Межгосударств.мннерал.семинара: Минералогия и жизнь.-Сыктывкар, 1993.-С.93-97.

38. Сальников В.Н. Электромагнитные системы литосферы и техно-генеза (аномальные явления). -Томск, 1991.-384 с. -Деп. в ВИНИТИ 18.03.91 .N1156-B91 (монография).

39. Заверткнн С.Д., Сальников В.Н., Коробейников А.Ф., Страгис Ю.М. Способ, определения температур минералообразования и полиморфных превращений. Авт.свид.Ы949445 от 25.07.80,Бюлл.Ш9,1982.

40. Сальников В.Н., Токаренко Г.Г. Радиационная и биолокационная обстановка в районе появления аномальной ямы в Ижморском районе Кемеровской области //Избр.матер. 7 Регион, научно-техн.семинара: Ноосферные взаимодействия и ядерная безопасность. -Томск, 1994.-С.73-94.

41. Сальников В.Н. Синергетика электромагнитных систем//Избр. матер. 8 Регион, научно-техн.семинара: Ноосферные взаимодействия и синергетика. -Томск, 1994.-С .26-57.

42. Сальников В.Н., Монннгер Г.Г., Заверткин С.Д., Коровкин М. В., Долгов И.В. О некоторых электрофизических свойствах кварцитов //Физико-химические проблемы разработки полезных ископаемых. -1.994.-N3.-C.89-99.

43. Сальников В.Н., Мананков A.B. Определение температур фазовых превращений в технических и пироксеновых ситаллизирующихся стеклах методом регистрации проводимости синхронно с импульсным электромагнитным излучением /(Труды "Украинского инохитута стекла. Константиновка, 1994.-N 1 -С.159-170.

44. Сальников В.Н. Релаксационные процессы в неотектонике// Вопросы геологии Сибири. -Томск, 1994.-Вып.З.-С. 125-128.

I

Заказ №173. Тираж 100

Ротапринт Коми НЦ УрО РАН