Иризация и особенности перистеритового строения плагиоклазов пегматитов Северо-Байкальской мусковитовой провинции

Симаков, Антон Петрович

Автореферат диссертации по теме "Иризация и особенности перистеритового строения плагиоклазов пегматитов Северо-Байкальской мусковитовой провинции"

На правах рукописи

СИМАКОВ Антон Петрович

ИРИЗАЦИЯ И ОСОБЕННОСТИ ПЕРИСТЕРИТОВОГО СТРОЕНИЯ ПЛАГИОКЛАЗОВ ПЕГМАТИТОВ СЕВЕРО-БАЙКАЛЬСКОЙ МУСКОВИТОВОЙ ПРОВИНЦИИ

Специальность 25.00.05 - Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 НЮН 2011

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2011

4848091

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.

Научный руководитель -

доктор геолого-минералогических наук

Иванов Михаил Александрович

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук

Попов Владимир Анатольевич, кандидат физико-математических наук

Королев Александр Александрович

Ведущее предприятие - Санкт-Петербургский государственный университет.

Защита диссертации состоится 17 июня 2011 г. в 16 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.04 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 16 мая 2011 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета канд. геол.-минерал. наук, доцент КХЛ.ГУЛЬБИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Гранитные пегматиты являются единственным источником крупнокристаллического мусковита для высокотехнологичных отраслей современной промышленности. Основные запасы этого дефицитного вида минерального сырья сосредоточены в месторождениях одной из крупнейших в мире Мамско-Чуйской (Северо-Байкальской) мусковитовой провинции. Хотя их разработка в 90-е годы и была приостановлена, но в настоящее время институт ВИМС в рамках государственного контракта, заключенного с Федеральным комитетом по недропользованию, приступил к переоценке запасов слюдяного сырья и определению первоочередных объектов для возобновления добычных работ на Северо-Байкальском нагорье. Есть основание полагать, что с началом этих работ получат развитие и государственную поддержку научные разработки по проблеме минералогии и генезиса пегматитов, основы которой были заложены в трудах А.Е. Ферсмана, Д.С. Коржинского, В.Д. Никитина, Г.Г.Родионова, С.А. Руденко, Б.М. Шмакина, В.В. Гордиенко и других исследователей.

Особого внимания заслуживают углубленные до наноуровня исследования минерального вещества, нацеленные на разработку критериев поисков и оценки таких месторождений (Гранитные пегматиты: проблемы геологической теории и практики / ВИМС, 2008). Плагиоклаз, как один из главных породообразующих минералов мусковитовых пегматитов, особенности иризации и перистеритового строения которого давно привлекают внимание многих ученых (Крамаренко, 1975; Сметанникова, Гордиенко, 1975; Каменцев, 1987; Шкурский, 2009 и др.), в этом отношении является вполне перспективным объектом для такого рода исследований.

Цель работы: изучение перистеритовой структуры плагиоклаза в связи с разработкой минералогических критериев оценки продуктивности пегматитовых жил Северо-Байкальской мусковитовой провинции на крупноразмерный мусковит.

Задачи работы

1. Разработка численной интерференционной модели иризации плагиоклаза с использованием данных аналитического определения параметров перистеритов.

2. Изучение особенностей преобразования перистеритовых структур в кристаллах плагиоклаза мусковитовых пегматитов.

3. Выявление тенденций изменения параметров перистеритовой структуры плагиоклаза в пегматитах Северо-Байкальской мусковитовой провинции для разработки минералогических критериев оценки продуктивности пегматитовых жил на крупноразмерный мусковит.

Фактический материал и методы исследования. Исследованы коллекция плагиоклаза (более 500 штуфов) пегматитов СевероБайкальского нагорья и мусковитовых пегматитов Северной Карелии (собрана М.А. Ивановым в ходе полевых исследований 1969-1992 гг.), коллекция плагиоклазов пегматитов Ильменогорского массива (собрана автором в 2005 - 2007 г.), коллекция плагиоклаза месторождения лабрадоритов (спектролитов) Юламаа, Финляндия (собрана Ю.Л. Гульбиным и М.А. Ивановым).

Экспериментальные исследования проводились в лабораториях Санкт-Петербургского государственного горного университета (СПГГУ), Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики (СПбГУ ИТМО) и Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена (РГПУ).

Образцы лабрадора-спектролита (Юлаама) были использованы в качестве эталонов при разработке интерференционной модели иризации. Более 20 из них были исследованы лично автором методом малоуглового рентгеновского диффузного рассеяния (СПбГУ ИТМО) и 6 - методом сканирующей зондовой микроскопии на приборе Solver-700P (РГПУ, аналитик Е. Демидов) с целью определения периода идентичности перистеритовой решетки.

Для проверки достоверности созданной модели иризации были получены интегральные по углу отражения спектры интерференции 7 кристаллов иризирующего Лабрадора с помощью спектрометров «Vertex 70» с микроскопом «Hyperion 1000» и «Fluorolog» с

«Olimpus BX 51» (СПГГУ, аналитик Е.А.Васильев). Спектры поглощения образцов альбита и анортита (A119S.99) из Ильменогорского массива (в количестве 10) , использовались для спектров поглощения, необходимых для доработки модели (прибор Specord 2000, СПГГУ).

Плагиоклаз, отобранный из слюдоносных пегматитовых жил разной продуктивности (более 70 штуфов) исследовался методом сканирующей зондовой микроскопии с целью выявления и определения параметров перистеритовых структур на приборе Solver-700P (РГПУ, аналитики Е. Демидов и Е. Константинов).

Компьютерная обработка полученных данных производилась с применением специализированных программных пакетов: MathSoft MathCad, NT-MDT Nova, Gwyddion (GNU GPL) и Golden Software Surfer, а так же с помощью разработанных автором макросов и утилит.

Научная новизна

1. Разработана численная интерференционная модель иризации, позволяющая рассчитывать спектры иризационных картин по известному периоду идентичности перистеритовой решетки и, в перспективе, решать обратную задачу: определять период идентичности по спектру, измеренному экспериментально.

2. Установлено и теоретически обосновано явление интерференционного усиления электромагнитных волн на стопке перистеритовых пластин за пределами оптического диапазона (в ультрафиолетовой и ближней инфракрасной области).

3. Выявлены признаки укрупнения (собирательной перекристаллизации) перистеритовых пластин в зонах деформаций кристаллов плагиоклаза.

4. Установлена тенденция изменения линейных параметров (периода идентичности) перистеритовых структур плагиоклазов в направлении от графических к блоковым и пегматоидным структурным зонам пегматитов в ряду от низкопродуктивных до высокопродуктивных на промышленно-ценный крупноразмерный мусковит пегматитовых жил Северо-Байкальской мусковитовой провинции.

Защищаемые положения

1. В кристаллах плагиоклаза интерференционное усиление электромагнитных волн, модулированных по длине на периодичной стопке перистеритовых пластин с разными показателями преломления, проявляется не только в видимом диапазоне как иризация, но и в невидимом диапазоне: в ультрафиолетовом (минимальный период идентичности) и ближнем инфракрасном (максимальный период идентичности).

2. Вариации линейных параметров перистеритовых пластин в пределах отдельных кристаллов иризирующего плагиоклаза мусковитовых пегматитов обусловлены как зональным изменением состава индивидов, так и сочетанием двух генетических типов перистеритовых пластин: первичных, возникших при распаде твердого раствора, и вторичных (сегрегационных), образовавшихся в процессе собирательной перекристаллизации первичных перистеритовых пластин в зонах деформации.

3. В плагиоклазах Северо-Байкальского нагорья средняя толщина перистеритовых пластин возрастает от ранних графических к поздним блоковым и пегматоидным структурным зонам пегматитовых жил и достигает максимальных значений в пегматитах пегматоидной структуры, содержащих крупнокристаллический мусковит, что может быть использовано при разработке минералогических критериев оценки продуктивности пегматитовых жил на этот вид минерального сырья.

Практическая значимость. Выявленные закономерные изменения периода идентичности перистеритовых структур плагиоклазов могут быть использованы при дальнейшей разработке минералогических критериев оценки продуктивности пегматитов Северо-Байкальской провинции на крупноразмерный мусковит.

Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций. Обоснованность и достоверность научных положений и выводов определяется высокой представительностью исследованных коллекций минералогических проб, отобранных из разновозрастных пегматитов слюдоносных объектов разной промышленной значимости с территории Северо-Байкальской

мусковитовой провинции, комплексностью экспериментальных аналитических исследований, выполненных на современном аналитическом оборудовании, применением специализированных программных пакетов для математической обработки аналитических данных.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на научных конференциях: Международной научной конференции молодых ученых AGH (Краков, Польша 2005), VIII Международной научной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2007), V Всероссийском заседании «Проблемы минералогии Урала» (Миасс, 2007), Международной конференции ФГА, посвященной дню горняка (Фрайберг, Германия 2009), Международном форуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2005, 2006, 2007, 2009). Основные положения диссертационной работы обсуждались на заседаниях кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии СПГГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, 6 из них - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 105 страниц, включая 36 рисунков, 4 таблиц. Список литературы содержит 69 наименований. Во введении определены цель и задачи исследования. В первой главе приведена история исследования пластинчатого строения плагиоклазов и оценка современного состояния данной проблемы. Во второй главе приводятся результаты экспериментальных исследований каменного материала с последующей интерпретацией результатов. В третьей главе описывается аналитический алгоритм расчета интерференционных спектров иризации и результаты моделирования иризационных спектров для группы эталонных образцов. В четвертой главе представлены результаты исследования перистеритового строения плагиоклазов ряда пегматитовых жил Северо-Байкальской провинции с использованием аналитического оборудования и разработанной модели интерференционного усиления (иризации).

7

В заключении приведены результаты работы, охарактеризовано ее методическое и практическое значение.

Диссертационная работа выполнена под руководством доктора геолого-минералогических наук М.А. Иванова, которому автор выражает искреннюю признательность и благодарность. Выполнение данной работы было бы не возможно без участия доцента |В.Л. Федорова 1 (СПГГУ), профессора Б.А. Федорова (СПбГУИТМО), доцента А.В.Смирнова (СПбГУ ИТМО); огромное им спасибо. Автор сердечно благодарит всех сотрудников кафедры минералогии, кристаллографии, петрографии СПГГУ за полученные знания и всестороннюю поддержку в течение периода своего обучения. Автор признателен Е.А. Васильеву (СПГГУ), Е. Демидову (РГПУ) и Е. Константинову (РГТГУ) за помощь в проведении исследований и интерпретации результатов. Всем им автор выражает искреннюю благодарность.

Исследования были поддержаны грантом Американского фонда гражданских исследований и развития, Министерства образования и науки РФ и НОЦ-015 СПГГИ(ТУ); грантом целевой программы Рособразование «Развитие научного потенциала высшей школы» (РНП.2.2.2.3.1303) и грантом Правительства Санкт-Петербурга (2.7/30-04/017).

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ

Несмотря на развитие современных аналитических технологий, исследование перистеритового строения плагиоклазов остается нетривиальной задачей ввиду их чрезвычайно малых размеров по сравнению с другими структурами распада твердых растворов. Взаимосвязь фазового состава, пластинчатого строения и явления иризации плагиоклазов трактуется неоднозначно. Поэтому обоснование защищаемых положений следует предварить следующими тезисами, кратко формализующими основные понятия и термины, используемые в данной работе в соответствии с представлениями наиболее авторитетных авторов (Рейлей, 1923; Боггилд 1924; Крамаренко 1975; Боруцкий, 1992 и др.).

1. Экспериментально фиксируемые продукты распада плагиоклаза пластинчатой формы по плоскости (081) обозначаются как «перистерит» или «перистеритовые пластины», независимо от

основности этого минерала, включая область собственно перистеритов в олигоклазе, и область Беггильда в Лабрадоре. Под их размерами (параметрами) понимается прежде всего доминирующая толщина перистеритовых пластин.

2. Иризация в плагиоклазах рассматривается как результат интерференционного усиления световых волн определенной длины на «стопке» перистеритовых пластин с чередующейся основностью и, соответственно, разными показателями преломления (рис. 1). При этом перистериты одного типа должны иметь как можно меньшую дисперсию толщин.

3. Для обозначения стопки перистеритовых пластин принят термин «перистеритовая решетка», а для доминирующего значения толщины перистеритов одного типа - «период идентичности». Другими словами, период идентичности - это мода распределения толщин перистеритов одного типа (рис. 2).

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

1. В кристаллах плагиоклаза интерференционное усиление электромагнитных волн, модулированных по длине на периодичной стопке перистеритовых пластин с разными показателями преломления, проявляется не только в видимом диапазоне как иризация, но и в невидимом диапазоне: в ультрафиолетовом (минимальный период идентичности) и ближнем инфракрасном (максимальный период идентичности).

Несмотря на то, что интерференционная природа явления иризации неоднократно обосновывалась в работах многих авторов, численная физико-математическая модель этого явления до сих пор не разработана.

В ходе исследований, проводившихся совместно с Б.А. Федоровым и A.B. Смирновым (СПбГУ ИТМО), был реализован алгоритм, позволяющий моделировать интерференционные спектры по известному периоду идентичности перистеритовой решетки. В основу алгоритма лег итерационный метод, основанный на формулах Френеля (Furman, Tikhonravov, 1992)

Как известно, на соотношение линейных размеров леристеритов влияет компонентный состав плагиоклаза, поэтому возможны две конфигурации (два варианта) перистеритовой решетки: с равными и различающимися периодами идентичности для перистеритов разной основности (рис. 2).

Поскольку алгоритм отрабатывался на эталонной группе проб Лабрадора, для которых соотношение альбитового и анортитового миналов близко к 50%, было принято допущение о равенстве периодов идентичности для перистеритов разной основности. Тем не менее, исходный итерационный метод позволяет производить расчеты и для случая с неравными периодами.

Рассмотрим систему, состоящую из N плоских прозрачных слоев с показателями преломления «7 и толщинами с/у (/ = 1, 2,..., АО. Система ограничена сверху средой с показателем преломления п 0 , снизу - средой с показателем преломления п ^ (рис.3, а). Свет, падающий из среды п 0, частично отражается и частично преломляется на каждой из Ы+ 1 границ.

Амплитудные коэффициенты отражения и пропускания на границах различаются для компонент световой волны, поляризованных в плоскости падения (р - компонента) и перпендикулярно плоскости падения (5 - компонента). Значения этих коэффициентов ги /у,уц на границе раздела между слоями л У и я у ц (рис. 3,6) можно найти по формулам Френеля в следующем виде

у ----— и / =---

где

Ь

+9,41 1

П]1 соэ^а^), для р - компонеты; п] соз ) , для э - компонеты.

Коэффициент отражения для всей структуры может быть найден с помощью рекуррентного метода (Ригтап, "ПкЬопгауоу, 1992). На первом шаге вычисляется коэффициент г отражения от А^-го

слоя в предположении, что сверху от него среда с показателем

Рис. 1. Схема хода лучей света в плагиоклазе при интерференционном усилении на перистеритовой решетке кристалла.

а - угол падения луча сложного света на плоскость (010); 8 -угол клина между плоскостью (010) и перистеритовой решеткой; d - период идентичности решетки; п: и п2 - коэффициенты преломления перистеритовых пластин разной основности; пв -коэффициент преломления воздуха. Красные стрелки - ход исходного луча сложного света; синие стрелки - ход интерференционно усиленных лучей. По U.K. Крамаренко (1975) с дополнениями автора.

Рис. 2. Два варианта перистеритовой решетки: а) с равными периодами идентичности для перистеритов разной основности; б) с различающимися периодами

идентичности для перистеритов разной основности. Цветом обозначены два типа перистеритовых пластин,

различающихся основностью.

Рис. 3. Индексные обозначения параметров перистеритовой решетки и углов хода лучей, используемые в алгоритме расчета

интерференционных спектров. п - показатели преломления, с! - толщины перистеритовых пластин; а - углы падения лучей и выражаемые через них углы преломления лучей на границе между перистеритами разной основности, а) для решетки в целом, б) для отдельно взятой границы

Рис.4. Снимки рельефа поверхности травления сколов по (001) кристаллов Лабрадора эталонной группы проб:

а) неиризирующнй; б) с фиолетово-синей иризацией; в) с желтовато-зеленой иризацией; г) с карминно-красной иризацией. Сканирующий зондовый микроскоп "8о1уег-700Р", полуконтактный способ.

Рис. 5. Совмещение модельных и экспериментальных интерференционных спектров лабрадоров эталонной группы проб (модельные спектры - черно-белые, экспериментальные спектры обозначены цветными линиями): а) неиризирующий (экспериментальный спектр не измерялся); б) с фиолетово-синей иризацией: в) с желтовато-зеленой иризацией; г) с карминно-красной иризацией.

Экспериментальные спектры получены на спектрофотометре «Р1иого^» с микросокопом «ОПтриэ ВХ 51».

преломления п \ , при этом учитывается интерференция волн, отражённых от обеих границ слоя.

Далее вычисляется коэффициент отражения г от системы

из (ЛЧ)-го и Ы-то слоев как результат интерференции волн, отражённых от Ы-го слоя и от верхней границы (7У-1)-го слоя. Коэффициент отражения 1^+1 для системы слоев с номерами j, ]+1, ..., N выражается через коэффициент отражения гу>Лг+1 для системы слоев с номерами _/'+!,у+2,..., Л'и коэффициент отражения гот верхней границы }-го слоя. Коэффициент отражения г/_ 1, №-1 рассчитывается по рекуррентной формуле:

г. . , +г,ЛГ+1ехр(-2/'ф.)

Г - 1 _!£.___т. ( ¡ = М~] N-2 П

где

Амплитудный коэффициент отражения г0,х+\ для всей структуры вычисляется на последнем шаге указанной рекуррентной процедуры.

Коэффициент отражения Я по интенсивности определяется соотношением

Д = Г

Для расчета оптических характеристик перистеритовых структур плагиоклазов, необходимо учесть особенности ориентировки перистеритов в кристалле. Стопка перистеритовых пластин ориентирована под углом 5 = 8 - 13 0 к плоскости второго пинакоида (010). Таким образом, луч света, падая на кристалл, сначала проходит через клин, частично поляризуется и только после этого попадает на стопку перистеритовых пластин (рис. 1). Присутствие клина ограничивает диапазон углов падения света на перистеритовую решетку. Максимально возможный угол падения (агаах), равный углу полного внутреннего отражения на границе воздух - клин, может быть рассчитан по формуле

amax=arCsin(~)-«1

Рассмотренный алгоритм моделирования интерференционных спектров был реализован с помощью программного пакета MathSoftMathCad 11.

Исходными данными для модельного расчета служили: значение периода идентичности (d), угол клина (5), показатели преломления пластин (и/ и щ) и количество слоев в стопке пластин (N). Значения 5, И/ и Kj были взяты из литературных источников, а параметры периода идентичности определены экспериментально. Результатом расчета является матрица интенсивности интерференционного усиления (I) в координатах (а, Л), которая может быть визуализирована в виде трехмерного графика в среде Golden Software Surfer.

В качестве эталонной группы для отработки модели использовались образцы Лабрадора с разными цветами иризации. Период идентичности определялся по рельефу травленого НС1 скола по (001) методом сканирующей зондовой электронной микроскопии. Исходя из результатов экспериментов (рис. 4), можно констатировать увеличение периода перистеритовой решетки от неиризирующего Лабрадора (53,5 ±5 нм) к иризирующему синим (75 ±5 нм), через иризирующий зеленым (98 ±5 нм) к иризирующему красным (115 ±5 нм).

Расчет модельных спектров для эталонной группы (рис. 5) показал, что при увеличении N спектры характеризуются увеличением интенсивности пиков интерференционного усиления и уменьшением их полуширины, что соответствует общим законам интерференции. Позиция пиков, примерно соответствует цветам визуально наблюдаемых иризационных картин. Так же при увеличении а, происходит уменьшение длины усиливаемой волны, что неоднократно отмечалось в работах, посвященных иризации.

Отдельного рассмотрения заслуживают модельные спектры неиризирующего Лабрадора и Лабрадора с карминно-красной иризацией. Первый из них демонстрирует интерференционное

усиление в ультрафиолетовом диапазоне, а часть пиков второго попадает в ближнюю инфракрасную область.

Для проверки достоверности расчетных диапазонов интерференционного усиления были получены интегральные по углу экспериментальные спектры иризационных картин. Соответствие диапазонов в данном случае определяется сходимостью значений Я середины диапазона интерференционного усиления на модельном спектре с положением максимальной по интенсивности точки на экспериментальном спектре. Наложение спектров показало, что области интерференционного усиления на экспериментальных и модельных спектрах соответствуют друг другу пределах погрешности 10-15% (рис.5). Учитывая, что модельный расчет проводился для идеализированной перистеритовой решетки, можно считать разработанную модель достоверной по отношению к реально наблюдаемым интерференционным картинам.

Спектрофотометрические исследования так же подтвердили наличие интерференционного эффекта в ближней инфракрасной области. Получить достоверные спектры неиризирующего образца для ультрафиолетовой области, к сожалению, не удалось в связи с техническими ограничениями используемых приборов. Однако по сумме проведенных экспериментов наличие интерференционного усиления электромагнитных волн в ультрафиолетовой области для неиризирующих плагиоклазов можно считать вполне допустимым.

Таким образом, интерференционное усиление модулированных по длине электромагнитных волн на перистеритовой решетке плагиоклазов возможно в непрерывном диапазоне от ультрафиолетовой (минимальный период идентичности) до ближней инфракрасной (максимальный период идентичности) области. Собственно иризация проявляется в оптической части спектра.

2. Вариации линейных параметров перистеритовых пластин в пределах отдельных кристаллов иризирующего плагиоклаза мусковитовых пегматитов обусловлены как зональным изменением состава индивидов, так и сочетанием двух генетических типов перистеритовых пластин: первичных, возникших при распаде твердого раствора, и вторичных

(сегрегационных), образовавшихся в процессе собирательной перекристаллизации первичных перистеритовых пластин в зонах деформации.

В отдельных индивидах поля иризации характеризуются дискретными изменениями цвета в пределах локальных участков -аномалий (0,1-0,001 мм), а также протяженных, иногда ветвящихся зон шириной примерно 0,1-0,5 мм. От краев к центру таких аномалий и зон порядок интерференции повышается и в целом выше в сравнении с фоновым. Так, на голубом поле эти аномалии и зоны желтые, а на желтом поле - желто-красные (рис. 6, а).

В объеме кристаллов аномалии представляют собой трехмерные области трех морфологических типов: 1) дисковидные нодули, уплощенные по (061) и удлиненные по [001]; 2) ореолы вокруг микровключений рудных минералов - продукты распада твердого раствора; 3) прожилки и ветвящиеся зоны (рис. 7). Первые размером 0,01x0,1x0,5 мм распределяются неравномерно, участками; вторые - шириной 0,1-0,2 мм окаймляют микровключения рудных минералов; третьи - шириной 0,1-0,5 мм протягиваются на 5-20 мм и более.

Такая же неоднородность отмечается и в исследованных образцах беломорита из мусковитовых пегматитов Северной Карелии (Чупа, Хето-Ламбина).

Судя по распределению участков с повышенным порядком цвета иризации в виде протяженных и ветвящихся прожилков, их образование связано с проявлениями в кристаллах плагиоклаза деформаций. Более поздняя микротрещиноватость, обуславливающая белый цвет плагиоклаза и контролирующая распределение метасоматического альбита и жильбертита, на цвет иризации не влияет.

Похожие изменения иризации обнаружены и в кристаллах Лабрадора месторождения Юламаа (Финляндия). Темно-синяя иризация в зонах преобразований и на контактах с микровключениями рудных минералов повышается до бледно-голубой и зеленовато-желтой, иногда до карминно-красной (рис. 6, б). Согласно разработанной численной модели иризации указанное изменение цвета интерференции соответствует

увеличению толщины перистеритовых пластин от 75 ±5 до 115 + 5 нм (на 35-40%).

Очевидна аналогия этого явления с образованием в калиево-натриевых полевых шпатах, так называемых, «сегрегационных» пертитов, по размеру значительно превосходящих пертиты распада. Согласно геолого-минералогическим данным о полевых шпатах пегматитов (Руденко, 1952; Руденко, Иванов, 1978; Иванов, 1999) такие пертиты возникают в процессе собирательной перекристаллизации первичных пертитов, возникших на начальной стадии распада твердого раствора. Укрупнение пертитов, как и полисинтетическое двойникование, и упорядочение структуры полевого шпата, наиболее интенсивно проявилось в зонах деформаций минеральных индивидов и воздействия растворов поздней стадии пегматитового процесса.

Исследованные плагиоклазы, парагенетически связанные с калиево-натриевыми полевыми шпатами, по-видимому, также испытывали подобные преобразования. Естественно предположить, что образование сегрегационных пертитов и перекристаллизация перистеритовых пластинок являются следствиями процесса преобразования полевых шпатов в реальных условиях геологической среды.

Таким образом, на основании результатов численного моделирования и микроскопического изучения интерференционных картин иризации можно говорить о двух типах перистеритовых пластин в кристаллах иризирующих плагиоклазов, образующихся последовательно: 1-й тип - перистериты распада (первичные, образовавшиеся в результате спинодального распада); 2-й тип -перистериты сегрегационные (большие по толщине, образовавшиеся в процессе перекристаллизации перистеритов распада).

Морфология сегрегационных перистеритовых пластин и механизм их образования в процессе посткристаллизационных изменений первичных перистеритовых структур пока не изучены. В работах предыдущих исследователей (Debatet, al, 1972 и др.) характеризуются только деформации, проявленные в кристаллах плагиоклаза на макро- и микроуровнях. Неясно, в какой степени разные по составу перистеритовые пластины различаются

способностью к перекристаллизации с укрупнением и обособлением индивидов. Если допустить, что эти различия несущественны, то обособление пластинок и укрупнение их по толщине (до 35-40 %) можно описать пространственной моделью, предусматривающей попеременное увеличение толщины тех и других с постепенным нарастанием амплитуды отклонений от параметров толщины первичных пластинок распада.

3. В плагиоклазах Северо-Байкальского нагорья средняя толщина перистеритовых пластин возрастает от ранних графических к поздним блоковым и пегматоидным структурным зонам пегматитовых жил и достигает максимальных значений в пегматитах пегматоидной структуры, содержащих крупнокристаллический мусковит, что может быть использовано при разработке минералогических критериев оценки продуктивности пегматитовых жил на этот вид минерального сырья.

Иризирующие плагиоклазы в Северо-Байкальской провинции обнаружены в отдельных жилах плагиоклаз-калишпатового состава (пегматиты 2-й возрастной группы), которые характеризуются отчетливо проявленной зональностью в расположении зон графической и пегматоидной структуры. В таких жилах номер плагиоклаза пегматоидных зон понижается до Апплг (жила 2 гольца Решающего, рудник Горно-Чуйский; жила 5 гольца Рудничного, 69 гольца Резервного, рудник Большой Северный и др.). В графических зонах пегматитовых жил плагиоклазы не иризируют. В зонах пегматоидной структуры иризация наблюдается в кристаллах плагиоклаза, непосредственно контактирующих с кварцевым ядром, и проявлена зонально: внутри индивидов (Ап\-,.к) - бледно-голубая, в краевой зоне роста, имеющей более кислый состав (Ащу.\б) -желтовато-голубая и желтая (рис. 9). Указанное колебание состава плагиоклаза в направлении от внутренних к краевым зонам роста индивидов объясняется направленным изменением кислотности-щелочности среды их кристаллизации (Шмакин, 1976; Гордиенко, 1996).

Следует отметить, что такое же направленное изменение цвета иризации плагиоклаза пегматоидных зон наблюдалось и в

Рис. 7. Неоднородности в иризирующем плагиоклазе (принципиальная схема) 1 - синий или голубой основной фон: 2 - 4 - области желтой или красной иризации (2 - дисковидные (нодули): 3 - ореолы вокруг микровключений рудных минералов: 4 - прожилки и ветвящиеся зоны): 5-рудный минерал.

Й'ЯШ'МЙ а) ННГ КМННмВ*' К11 Е'ЗГ шЯ&Ш ЙЖамш» > «1 б)

Рис. 8. Два варианта перистеритовых решеток в плагиоклазах методом сканирующей зондовой микроскопии а) с равными периодами идентичности для перистеритов разной основности . проба № 1-11 (поле 25x25 мкм), жила

№ 422. г. Комсомольский, рудн. Горно-Чуйский); б) с различающимися периодами идентичности для перистеритов разной основности, проба № 5-11 (поле 10x10 мкм). жила 5. г. Рудничный, рудн. Большой Северный. Сканирующий зондовый микроскоп "8о1\<ег-7()0Р", полуконтактный способ.

Рис. 6 Полихромная иризация в плагиоклазах а) зоны желтой и голубой иризации в синем поле иризации (жила 5. г. Рудничный, рудн. Большой Северный): б) полихромная иризация в кристалле Лабрадора, содержащем включения ильменита (месторождение Юламаа. Финляндия; в) зональный кристалл иризирующего плагиоклаза - синяя иризация сменяется желтой и красноватой от ранней

к поздней зоне роста (жила 65 голец Резервный, рудн. Большой Северный)

Аге ли

Рис. 9. Положение иризирующего плагиоклаза в пегматите графической и пегматоидной структуры. Фрагмент участка слюдоносной жилы № 65, продуктивной на крупнокристаллический мусковит (голец Резервный, рудн. Большой Северный). Стенка штольни, зарисовка М.А.Иванова, 1983 г.

1 - полевые шпаты (Р1 - плагиоклаз; МП - микроклим); 2 - кристаллы полевых шпатов с письменными вростками кварца; 3 - кварц; 4- мусковит в срастании с биотитом; 5 - мусковит «пегматоидный» (кристаллы клиновидной формы); 6 - срастания мусковита с кварцем (кварц-мускови говый комплекс).

Рис. 10. Положение кристаллов плагиоклаза с желто-голубой иризацией (указано стрелкой) в пегматите пегматоидной структуры одной из слюдоносных зон жилы 2 гольца Решающего, рудн. Горно-Чуйский (фото М.А. Иванова).

Р\ - плагиоклаз; М - микроклин: (? - кварц: Ми - мусковит.

чупинских мусковитовых пегматитах Северной Карелии (Гродницкий, 1971, 1975).

Согласно разработанной модели иризации и экспериментальным определениям параметров перистеритов методом атомно-силовой микроскопии, перистеритовая структура плагиоклаза меняется от ранних к более поздним зонам роста кристаллов как но характеру переслаивания пластин, так и по величине периода идентичности перистеритовой решетки: от чередования близких по толщине перистеритовых пластин (рис. 8, а) с периодом идентичности пакета пластин 65-80 нм до существенно преобладающих по толщине пластин одной (предположительно более кислой) фазы (рис. 8, б) с периодом идентичности пакетов пластин 400-600 нм.

Указанное изменение характера переслаивания перистеритовых пластин и периода идентичности их пакетов, по-видимому, обусловлено изменением соотношений размеров пластин разного состава. С повышением альбитовой составляющей в краевой зоне роста индивидов плагиоклаза соотношение объемов существенно кислых (Ащ) и более основных (Лп25) перистеритовых пластин может меняться в пользу первых. Следовательно, толщина пластин состава Ап2 может тоже возрастать.

Анализ и обобщение результатов полевых геолого-минералогических исследований, проведенных сотрудниками Санкт-Петербургского горного университета М.А. Ивановым, В.А.Романовым, В.Н. Мораховским, М.Н. Мурашко, Д.Т. Сосиным на всей территории Северо-Байкальской мусковитовой провинции, показывают, что среди сотен разведанных и эксплуатируемых пегматитовых жил иризирующие плагиоклазы обнаруживаются в блоковых и пегматоидных зонах только тех жил, которые относятся к уникальным и крупным по запасам и содержанию крупно- и гигантокристаллического мусковита - в жилах плагиоклаз-калишпатового состава (2-й возрастной группы) с содержанием мусковита 1-й группы (размер кристаллов 10x10 см и более) до 100150 кг/т и более (рис. 10).

Результаты определения параметров перистеритов методом атомно-силовой микроскопии в пробах плагиоклаза ряда слюдоносных объектов (значительных и менее значительных по

запасам и выходу крупноразмерного мусковита) подтверждают выше отмеченную тенденцию: период идентичности перистеритовых структур в плагиоклазе самый большой в пегматитах блоковой и пегматоидной структур тех пегматитовых жил, которые по результатам эксплуатации характеризуются высокими показателями содержания крупноразмерного мусковита:

• Жила JN® 5, г. Рудничный (рудник Большой Северный) - добыто более 8000 т слюды с содержанием I+II-й группы промсырца 31,5% (в пегматоидной зоне иризация плагиоклаза бледно-желто-голубая, установлено сочетание перистеритовых пластин разного размера: 5-10 и 200-300 нм; в графической зоне плагиоклаз не иризирует)

• Жила № 24, г. Березовый (рудник Луговка) - добыто более 4000 т слюды с

содержанием I+II-й группы промсырца около 33,9 % (в блоковой и пегматоидной зонах иризация плагиоклаза бледно-голубая, установлено сочетание перистеритовых пластин разного размера: 10-22 и 400-600 нм; в графической зоне плагиоклаз не иризирует)

• Жила № 2, г. Решающий (рудник Горно-Чуйский) - добыто более 3000 т слюды с содержанием I+II-й группы промсырца около 29,0% (в пегматоидной зоне иризация плагиоклаза бледно-голубая, в графической зоне плагиоклаз не иризирует)

• Жила 65, г. Резервный (рудник Большой Северный) - центральная часть слюдоносной зоны, выход I+II-й группы промсырца около 12% (в пегматоидной зоне иризация плагиоклаза голубая, определена толщина перистеритовых пластин 65-80 нм; в графической зоне плагиоклаз не иризирует)

В жилах с низкой продуктивностью на крупноразмерный мусковит перистеритовые структуры в плагиоклазе блоковой и пегматоидной зон в одних случаях не выявлены методом атомно-силовой микроскопии (слюдоносные зоны с мелкоразмерной слюдой на участках жил 65 и 155, г. Резервный, рудник Большой Северный и др.), в других - выявлены с перистеритовыми пластинами толщиной порядка 30 нм (жила № 273, г. Перевал, рудник Колотовка).

В пегматитах плагиоклазового состава (1-я возрастная группа) повышенные значения параметров толщины перистеритов также выявлены в крупных промышленных жилах. Так, в уникальной по запасам слюды заявке № 4 (г. Снежный, рудник Луговка - добыто 16672 т, выход крупной слюды 24,8%) плагиоклаз не иризирует, в

блоковой зоне пегматита толщина перистеритовых пластин варьирует в пределах 120-150 нм. В жиле № 422 (г. Комсомольский, рудник Горно-Чуйский - добыто более 9000 т, выход крупной слюды весьма низкий) плагиоклаз также не иризирует, но в блоковой зоне пегматита плагиоклаз характеризуется перистеритовыми пластинами 55-60 нм. В плагиоклазовой жиле жиле 68 (г. Пеледуй, рудник Колотовка), менее значительной по запасам слюды и практически не содержащей крупнокристаллический мусковит, перистеритовые структуры в плагиоклазе не выявлены.

Плагиоклазы из жил 1-й возрастной группы, характеризующиеся параметрами перистеритовых пластин, значения которых заключены в пределах 55-150 нм, не обладают иризаций, по-видимому, из-за слабо выраженной периодичности перистеритовой решетки. Такое строение может быть результатом перекристаллизации (сегрегации) перистеритовых пластин, синхронной с теми преобразованиями минералов плагиоклазовых пегматитов (деформациями, метасоматическими замещениями), которые относятся к периоду образования пегматитов 2-й возрастной группы и отчетливо фиксируются в жилах плагиоклазовых пегматитов по данным многих исследователей (Никаноров, 1959; Чесноков, 1975; Иванов, Сосин, Руденко, 1983 и др.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Создана численная интерференционная модель явления иризации в плагиоклазах. Она позволяет рассчитывать спектры иризации по известному периоду идентичности перистеритовой решетки. Адекватность модели подтверждается высокой сходимостью модельных и экспериментальных спектров для группы эталонных образцов.

2. По полученным модельным спектрам теоретически обоснована и подтверждена экспериментально возможность интерференционного усиления волн в ультрафиолетовой и ближней инфракрасной области. Показано, что порядок цветов интерференции зависит от периода идентичности перистеритовой решетки.

3. Установлено, что перистеритовые структуры плагиоклаза могут изменяться в процессе преобразования кристаллов в зонах деформации. Выделено два генетических типа перистеритовых пластин в плагиоклазе: перистериты распада и сегрегационные перистериты.

4. Анализ пластинчатого строения плагиоклазов в мусковитовых пегматитах Северо-Байкалъского нагорья показал, что линейные параметры перистеритов являются важным типоморфным признаком этого минерала, а выявленные тенденции их изменения в ряду пегматитовых тел разной продуктивности на крупноразмерный мусковит могут быть использованы в дальнейшем при разработке критериев оценки промышленной значимости пегматитов.

Наиболее значимые работы, опубликованные по теме диссертации в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России

1. Симаков А.П. Опыт применения малоуглового рентгеновского рассеяния для выявления нанонеоднородностей в кристаллах иризирующего Лабрадора // Записки Горного института, 2006, СПГГИ (ТУ), т. 167, часть 1, с. 292 - 294.

2. Симаков А.П. Нанонеоднородности в плагиоклазах. Особенности малоуглового рентгеновского рассеяния от порошков минералов // Записки Горного института, 2007, СПГГИ (ТУ), т. 170, часть 1, с 46 - 49.

3. Симаков А.П. Исследования методом малоуглового рентгеновского рассеяния нанонеоднородностей в кристаллах иризирующего Лабрадора и особенностей порошков минералов на наноуровне. // Записки Горного института, 2007, СПГГИ (ТУ), т. 173, с. 23 - 26.

4. Симаков А.П. Возможности исследования поверхности минеральных частиц порошков механического разрушения методами малоуглового рентгеновского диффузного рассеяния. / B.JI. Федоров, А.П. Симаков, A.B. Смирнов.. Б.А. Федоров, М.А. Иванов // Записки Российского минералогического общества, 2009, СПб.:"Наука", часть 138, вып. 4, с. 96-103.

5. Симаков А.П. Период перистеритовой решетки в лабрадорах и интерференционная модель иризации. // Записки Горного института, 2010, СПГГИ (ТУ), т. 186, с. 38 - 40.

6. Симаков А.П. Два генетических типа перистеритовых пластин в иризирующих плагиоклазах / М.А. Иванов, А.П. Симаков // Записки Горного института, 2011, СПГГИ (ТУ), т. 189, с. 30-33.

РИЦ СПГГУ. 11.05.2011. 3.242. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Симаков, Антон Петрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПЕРИСТЕРИТОВОГО СТРОЕНИЯ ОСНОВНЫХ И КИСЛЫХ ПЛАГИОКЛАЗОВ И ЯВЛЕНИЯ ИРИЗАЦИИ

1.1. История исследования перистеритового строения плагиоклазов и явления иризации.

1.2. Современные данные об иризации и пластинчатом строении плагиоклазов.

1.3. Основные понятия и терминология, принятые в данной работе.

ГЛАВА 2. НОВЫЕ ДАННЫЕ ОБ ОСОБЕННОСТЯХ ПЕРИСТЕРИТОВОГО СТРОЕНИЯ ПЛАГИОКЛАЗОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Сравнительная характеристика перистеритового строения иризирующих и неиризирующих основных плагиоклазов методом малоуглового диффузного рентгеновского рассеяния.21"

2.2. Особенности морфологии перистеритовых пластинок по данным растровой электронной микроскопии.

2.3. Определение параметров перистеритовой решетки методом атомно-силовой микроскопии.

ГЛАВА 3. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ СПЕКТРОВ НА ПЕРИСТЕРИТОВОЙ РЕШЕТКЕ ПЛАГИОКЛАЗОВ.

3.1. Теоретические основы расчета оптических характеристик слоистых систем.

3.1.1. Отражение на гратще раздела двух однородных изотропных сред.

3.1.2. Интерференционные явления в тонких слоях.

3.2. Использование алгоритма расчета интерференции в тонких слоях для моделирования спектров иризации плагиоклазов.

3.2.1. Адаптация алгоритма к расчету иризационных спектров.

3.2.2. Техническая реализация алгоритма и визуализация результатов.

3.3. Интерференционная модель иризации плагиоклазов.

3.3.1. Определение периода идентичности перистеритовой решетки по результатам АСМ.

3.3.2. Модельные спектры иризации эталонных образцов плагиоклаза.

3.3. Сопоставление модельных и реальных спектров иризации для образцов эталонной группы.

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ МОДЕЛИ ИРИЗАЦИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ОНТОГЕНИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ИРИЗИРУЮЩИХ ПЛАГИОКЛАЗОВ ГРАНИТНЫХ ПЕГМАТИТОВ СЕВЕРО-БАЙКАЛЬСКОЙ МУСКОВИТОВОЙ ПРОВИНЦИИ.

4.1. Общие сведения о пегматитах Северо-Байкальской мусковитовой провинции и особенностях плагиоклаза этих пород.

4.2. Особенности строения индивидов иризирующего плагиоклаза.

4.2.1. Изменение периода идентичности перистеритовой решетки в процессе посткристаллизационных преобразований индивидов плагиоклаза

4.2.2. Изменение перистеритового строения плагиоклаза по зонам роста индивидов.

4.3.3. Тенденция изменения параметров перистеритовых структур плагиоклазов в пегматитах разной продуктивности на крупноразмерный мусковит.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Иризация и особенности перистеритового строения плагиоклазов пегматитов Северо-Байкальской мусковитовой провинции"

Актуальность темы. Гранитные пегматиты являются единственным источником крупнокристаллического мусковита для высокотехнологичных отраслей современной промышленности. Основные запасы этого дефицитного вида минерального сырья сосредоточены в месторождениях одной из крупнейших в мире Мамско-Чуйской (Северо-Байкальской) мусковитовой провинции. Хотя их разработка в 90-е годы и была приостановлена, но в настоящее время институт ВИМС в рамках государственного контракта, заключенного с Федеральным комитетом по недропользованию, приступил к переоценке запасов слюдяного сырья и определению первоочередных объектов для возобновления добычных работ на Северо-Байкальском нагорье. Есть основание полагать, что с началом этих работ получат развитие и государственную поддержку научные разработки по проблеме минералогии и генезиса пегматитов, основы которой были заложены в трудах А.Е. Ферсмана, Д.С. Коржинского, В.Д. Никитина, Г.Г.Родионова, С.А. Руденко, Б.М.Шмакина, В.В. Гордиенко и других исследователей.

Особого внимания заслуживают углубленные до наноуровня исследования минерального вещества, нацеленные на разработку критериев поисков и оценки таких месторождений [12]. Плагиоклаз, как один из главных породообразующих минералов мусковитовых пегматитов, особенности иризации и перистеритового строения которого давно привлекают внимание многих ученых [21,36,37,18,15,45], в этом отношении является вполне перспективным объектом для такого рода исследований.

Цель работы: изучение перистеритовой структуры плагиоклаза в связи с разработкой минералогических критериев оценки продуктивности пегматитовых жил Северо-Байкальской мусковитовой провинции на крупноразмерный мусковит.

Задачи работы

1. Разработка численной интерференционной модели иризации плагиоклаза с использованием данных аналитического определения параметров перистеритов.

2. Изучение особенностей преобразования перистеритовых структур в кристаллах плагиоклаза мусковитовых пегматитов.

3. Выявление тенденций изменения параметров перистеритовой структуры плагиоклаза в пегматитах Северо-Байкальской мусковитовой провинции для разработки минералогических критериев оценки продуктивности пегматитовых жил на крупноразмерный мусковит.

Фактический материал и методы исследования. Исследованы коллекция плагиоклаза (более 500 штуфов) пегматитов Северо-Байкальского нагорья и мусковитовых пегматитов Северной Карелии (собрана М.А. Ивановым в ходе полевых исследований 1969-1992 гг.), коллекция плагиоклазов пегматитов Ильменогорского массива (собрана автором в 2005 -2007 г.), коллекция плагиоклаза месторождения лабрадоритов (спектролитов) Юламаа, Финляндия (собрана Ю.Л. Гульбиным и М.А. Ивановым).

Экспериментальные исследования проводились в лабораториях Санкт-Петербургского государственного горного университета (СПГГУ), Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики (СПбГУ ИТМО) и Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена (РГПУ).

Образцы лабрадора-спектролита (Юлаама) были использованы в качестве эталонов при разработке интерференционной модели иризации. Более 20 из них были исследованы лично автором методом малоуглового рентгеновского диффузного рассеяния (СПбГУ ИТМО) и 6 - методом сканирующей зондовой микроскопии на приборе 8о1уег-700Р (РГПУ, аналитик Е. Демидов) с целью определения периода идентичности перистеритовой решетки.

Для проверки достоверности созданной модели иризации были получены интегральные по углу отражения спектры интерференции 7 кристаллов иризирующего Лабрадора с помощью спектрометров «Vertex 70» с микроскопом «Hyperion 1 ООО» и «Fluorolog» с «Olimpus ВХ 51» (СПГГУ, аналитик Е.А. Васильев). Спектры поглощения образцов альбита и анортита (А1198-99) из Ильменогорского массива (в количестве 10) , использовались для спектров поглощения, необходимых для доработки модели (прибор Specord 2000, СПГГУ).

Плагиоклаз, отобранный из слюдоносных пегматитовых жил разной продуктивности (более 70 штуфов) исследовался методом сканирующей зондовой микроскопии с целью выявления и определения параметров перистеритовых структур на приборе Solver-700P (РГПУ, аналитики Е. Демидов и Е. Константинов).

Дополнительно образцы изучались с помощью стереомикроскопа и фотографировались с целью документации иризационных картин.

Компьютерная обработка полученных данных производилась с применением специализированных программных пакетов: MathSoñ MathCad, NT-MDTNova, Gwyddion (GNU GPL) и Golden Software Surfer, а так же с помощью разработанных автором макросов и утилит.

Научная новизна

1. Разработана численная интерференционная модель иризации, позволяющая рассчитывать спектры иризационных картин по известному периоду идентичности перистеритовой решетки и, в перспективе, решать обратную задачу: определять период идентичности по спектру, измеренному экспериментально.

2. Установлено и теоретически обосновано явление интерференционного усиления электромагнитных волн на стопке перистеритовых пластин за пределами оптического диапазона (в ультрафиолетовой и ближней инфракрасной области).

3. Выявлены признаки укрупнения (собирательной перекристаллизации) перистеритовых пластин в зонах деформаций кристаллов плагиоклаза.

4. Установлена тенденция изменения линейных параметров (периода идентичности) перистеритовых структур плагиоклазов в направлении от графических к блоковым и пегматоидным структурным зонам пегматитов в ряду от низкопродуктивных до высокопродуктивных на промышленно-ценный крупноразмерный мусковит пегматитовых жил Северо-Байкальской мусковитовой провинции.

Защищаемые положения

1. В кристаллах плагиоклаза интерференционное усиление электромагнитных волн, модулированных по длине на периодичной стопке перистеритовых пластин с разными показателями преломления, проявляется не только в видимом диапазоне как иризация, но и в невидимом диапазоне: в ультрафиолетовом (минимальный период идентичности) и ближнем инфракрасном (максимальный период идентичности).

2. Вариации линейных параметров перистеритовых пластин в пределах отдельных кристаллов иризирующего плагиоклаза мусковитовых пегматитов обусловлены как зональным изменением состава индивидов, так и сочетанием двух генетических типов перистеритовых пластин: первичных, возникших при распаде твердого раствора, и вторичных (сегрегационных), образовавшихся в процессе собирательной перекристаллизации первичных перистеритовых пластин в зонах деформации.

3. В плагиоклазах Северо-Байкальского нагорья средняя толщина перистеритовых пластин возрастает от ранних графических к поздним блоковым и пегматоидным структурным зонам пегматитовых жил и достигает максимальных значений в пегматитах пегматоидной структуры, содержащих крупнокристаллический мусковит, что может быть использовано при разработке минералогических критериев оценки продуктивности пегматитовых жил на этот вид минерального сырья. i

Практическая значимость. Выявленные закономерные изменения периода идентичности перистеритовых структур плагиоклазов могут быть использованы при дальнейшей разработке минералогических критериев оценки 1 продуктивности пегматитов Северо-Байкальской провинции на крупноразмерный мусковит.

Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов определяется высокой представительностью исследованных коллекций минералогических проб, отобранных из разновозрастных пегматитов слюдоносных объектов разной промышленной значимости с территории Северо-Байкальской мусковитовой провинции, комплексностью экспериментальных аналитических исследований, выполненных на современном аналитическом оборудовании, применением специализированных программных пакетов для математической обработки аналитических данных.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на научных конференциях: Международной научной конференции молодых ученых AGH (Краков, Польша 2005), VIII Международной научной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2007), V Всероссийском заседании «Проблемы минералогии Урала» (Миасс, 2007), Международной конференции ФГА, посвященной дню горняка (Фрайберг, Германия 2009), Международном форуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2005, 2006, 2007, 2009). Основные положения диссертационной работы обсуждались на заседаниях кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии СПГГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, 6 из них — в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 92 страницы, включая 35 рисунков, 8 таблиц. Список литературы содержит 68 наименований. Во введении определены цель

Заключение Диссертация по теме "Минералогия, кристаллография", Симаков, Антон Петрович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования подтвержают важность совмещения углубленного до наноуровня изучения породообразующих минералов пегматитов с помощью современных аналитических методик определения неоднородностей их состава и строения, с одной стороны, с рассмотрением генетических, в том числе и онтогенических особенностей минеральных индивидов и агрегатов — с другой. Такой комплексный подход позволяет приблизиться к выявлению ранее неизвестных типоморфных особенностей минералов пегматитовых жил и в перспективе может быть использован при разработке новых эффективных минералогических методов оценки продуктивности пегматитов.

Итоги проведенных исследований заключаются в следующем.

1. Создана численная интерференционная модель явления иризации в плагиоклазах. Она позволяет рассчитывать спектры иризации по известному периоду идентичности перистеритовой решетки. Адекватность модели подтверждается высокой сходимостью модельных и экспериментальных спектров для группы эталонных образцов.

2. По полученным модельным спектрам теоретически обоснована и подтверждена экспериментально возможность интерференционного усиления волн в ультрафиолетовой и ближней инфракрасной области. Показано, что порядок цветов интерференции зависит от периода идентичности перистеритовой решетки.

3. Установлено, что перистеритовые структуры плагиоклаза могут изменяться в процессе преобразования кристаллов в зонах деформации. Выделено два генетических типа перистеритовых пластин в плагиоклазе: перистериты распада и сегрегационные перистериты.

4. Анализ пластинчатого строения плагиоклазов в мусковитовых пегматитах Северо-Байкальского нагорья показал, что линейные параметры перистеритов являются важным типоморфным признаком этого минерала, а выявленные тенденции их изменения в ряду пегматитовых тел разной продуктивности на крупноразмерный мусковит могут быть использованы в дальнейшем при разработке критериев оценки промышленной значимости пегматитов.

103

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Симаков, Антон Петрович, Санкт-Петербург

1. Агафонова Т.Н. -Мин. сб. Львовского геол. об-ва„ 1956, 10. Приводится по: Крамаренко Н.К. Фазовый состав, пластинчатое строение и иризация плагиоклазов. Киев, «Наукова думка», 1975. 108 с.

2. Афанасьев А.М., Александров П.А., Имамов P.M. Рентгенодифракционная диагностика субмикронных слоёв. М.: «Наука», ГРФ-МЛ, 1989. 150 с.

3. Бекренев А.Н., Терминасов Ю.С. Рассеяние рентгеновских лучей под малыми углами. Основы теории эксперимента/ Изд-во Куйбышевского авиационного ин-та, 1979. 85 с.

4. Еоруцкий Б.Е. В кн.: Минералы. Справочник. Том V: Силикаты, вып. 1: Силикаты с разорванными каркасами. Полевые шпаты. М.: Наука. 2003. Составление всех статей по полевым шпатам и их аналогам. С. 61-576.

5. Брэгг У., Кпарипгбулл Г. Кристаллическая структура минералов. М., 1967. 390 с.

6. Введенский В.Д., Фурман Ш.А. Автоматизированное нанесение тонкопленочных интерференционных покрытий в вакууме. Л.: ЛДНТП, 1983г. 28 с.

7. ВеликославинскийД.А., Казаков А.Н., Соколов Ю.М. Мамский комплекс Северо-Байкальского нагорья. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1963. 283 с - (Тр / Лаборатория геологии докембрия АН СССР.; Выи. 17)

8. Вертушков Г.Н. Метаморфизм жильного кварца // Материалы по геологии Урала. Тр. Свердловск, горн, ин-та. 1955. Вып. 22.

9. Власов К.А. Принципы классификации гранитных пегматитов и их текстурно-парагенетические типы // Изв. АН СССР. Сер.геол. 1961. № 1. С. 8-29.

10. Гордиенко В.В. Пегматитообразование как процесс многомерной полистадийной кристаллизационной дистилляции//Геология и генезис пегматитов. Л.: Недра. 1983. С. 68-82.

11. Гордиенко В.В. Гранитные пегматиты (рудные формации, минералого-геохимические особенности,происхождение, поисково-оценочные критерии). СПб.: Изд-во С.-Петербург, ун-та. 1996. 272 с.

12. Гранит ные пегматиты: проблемы геологической теории и практики / ВИМС, 2008.

13. Гроднщкий JI.JI. Структурно-минералогическая классификация пегматитов Северной Карелии // Минералогия и геохимия докембрия Карелии. Л.: Наука, 1971. С. 3-11.- (Тр. / Ин-т геологии Карельск. ФАН СССР.; Вып. 7).

14. Иванов М.А. Типоморфные особенности главных породообразующих минералов Мамско-Чуйской слюдоносной провинции. — Автореф. канд. дисс. Л., 1977. 23 с.

15. Иванов М.А. Фациальные особенности мусковитовых пегматитов сибири (Северо-Байкальская и Восточно-Саянская провинции): Дис. . д. геол.-мин. наук, СПб, 1999, 190 с.

16. Иванов М.А., Сосин Д.Т., РуденкоС.А. Явление гибридизма плагиоклазовых пегматитов Мамско-Чуйской слюдоносной провинции и его поисковое значение // Геология, поиски и разведка нерудн.полезн.ископ.: Сб.научн.тр. / Ленингр.горный ин-т. Л., 1983. С. 3-12.

17. Иванов М.А. Симаков А.П. Два генетических типа перистеритовых пластин в иризирующих плагиоклазах // Записки Горного института, 2011, СПГГИ (ТУ), т. 189, с. 30-33.

18. Клифф Г., Чемпнесс П.Е., НиссенХ.-У., ЛоримерГ.К. Аналитическая электронная микроскопия ламеллей распада в плагиоклазах // Электронная микроскопия в минералогии, М.: «Мир», 1979, с.254-260.

19. Королев Ф.А. Теоретическая оптика. М.: «Высшая школа», 1966. 555с.

20. Крамаренко Н.К. Фазовый состав, пластинчатое строение и иризация плагиоклазов. Киев, «Наукова думка», 1975. 108 с.

21. Марфунин A.C. Полевые шпаты — фазовые взаимоотношения, оптические свойства, геологическое распределение // Тр. ИГЕМ. 1962. Вып. 78. 276 с.

22. M усковитовые пегматиты СССР. JL, Наука, 1975. 278 с.

23. Ника норов A.C. О разном возрасте слюдоносных пегматитов Мамско-Чуйского района // Информ. сб. ВСЕГЕИ. -Л: Изд-во ВСЕГЕИ. 1959. № 26. С. 29-34.

24. Никитин В.Д. К теории генезиса пегматитов // Зап. ЛГИ. 1955. Т. 30, вып. 2. С. 44-117.

25. Пазюк Л.И. ДАН СССР, 1954, 98, 3. Приводится по: Крамаренко Н.К. Фазовый состав, пластинчатое строение и иризация плагиоклазов. Киев, «Наукова думка», 1975. 108 с.

26. Родионов Г.Г. О генезисе пегматитов // Геология и генезис пегматитов. Л.: Наука, 1983. С. 59-68.

27. Руденко С.А. Полевые шпаты керамических пегматитов Южной Карелии // Записки ЛГИ. Т. 27, Вып. 2,- 1952,-С. 159-195.

28. Руденко С.А, Иванов М.А. Метаморфизм породообразующих минералов — важный типоморфный признак // Научные основы и практическое использование типоморфизма минералов: (Матер. XI съезда ММА. Новосибирск, 1978 г.). -М.: Наука, 1980. С. 29-35

29. Руденко С.А. Метаморфизм минералов важное явление в истории их формирования / С.А. Руденко М.А Иванов, В.А. Романов II Записки ВМО, 1978, вып. 6. С. 697-710.

30. Серебряков Н.С. и др. Перистериты из пегматитов Северной Карелии//3BMO. 1999. Вып. 6. С. 90—98.

31. Симаков А.П. Исследования методом малоуглового рентгеновского рассеяния нанонеоднородностей в кристаллах иризирующего Лабрадора и особенностей порошков минералов на наноуровне. // Записки Горного института, СПГГИ (ТУ), т. 173, 2007г. С. 23 26.

32. Слю доносные пегматиты / Макрыгина В.А., Макагон В.М., Загорский В.Е., Шмакин Б.М. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-е, 1990. Т. 1. 233 с. (Гранитные пегматиты: В 5 т.).

33. Сметанникова О.Г., Гордиенко В.В. Состав и структурное состояние кислых плагиоклазов как показатели мусковитоносности пегматитов II Мусковитовые пегматиты СССР. Л.: Наука, 1975. С. MI-HS.

34. Сметанникова О.Г., Каменцев И.Е., Гордиенко В.В. Рентгеновское исследование сосуществующих фаз в кислых плагиоклазах. // Кристаллохимия и структурные особенности минералов. Л., Наука, 1976, с.80-88.

35. Соколов Ю.М Метаморфогенные мусковитовые пегматиты. Л.: Наука, 1970. 190 с.

36. Сосин Д.Т., Руденко С.А., Иванов М.А. Плагиоклазовые пегматиты Мамско-Чуйской слюдоносной провинции,-Изд. Иркутского ун-та, 1992. 143 с.

37. Тейлор У.Х. В кн.: БергУ Кларингбул Г. Кристаллическая структура минералов, гл. 14. Мир, М., 1967/

38. Ферсман А.Е. Пегматиты. Т. 1 (1940). Избранные труды. Т. VI. М. Изд-во АН СССР. 1960. С. 5-489.Фурман- брошюра

39. Хендерсон П. Неорганическая химия / М., Мир, 1985.334 с.

40. Чесноков В.Н. Условия формирования пегматитов в Мамском мусковитовом районе // Мусковитовые пегматиты СССР. Л.: Наука, 1975. С. 182-191.

41. Чесноков В.Н., Кочнев А.П. Морфогенетическая классификация слюдоносных пегматитовых жил мамской мусковитовой провинции // Гранитные пегматиты: проблемы геологической теории и практики. М.: ВИМС, 2008. С. 127-140

42. Шкурский Б.Б. Двухфазное строение и оптические свойства низких плагиоклазов в перистеритовой области составов // VII международная конференция «Новые идеи в науках о Земле». Москва, апрель 2005 г. Избранные доклады. M.: 2005. С 72-79.

43. Шмакин Б.М. Геохимические особенности процессов формирования слюдоносных пегматитов Мамского района // Минералогия и генезис пегматитов. М.: Недра, 1965. С. 121-132.

44. Шмакин Б.М. Мусковитовые и редкометально-мусковитовые пегматиты (Минералого-геохимическая и генетическая характеристика пегматитов Восточной Сибири и Индии). Новосибирск: Наука, 1976. 367 с.

45. An derson O. The system anorthite-forsterite-silica // Amer. J. Sei., 1915, v. 39, p. 407-454.

46. Baier E, ferae J Elektronenmikroskopische Untersuchungen an Labradoren. // Naturwissenschaften Volume 44, Number 5, 1957. P. 110-111.

47. Boggild O.B., On the labradorization of the feldspars. // K. Danske Vidensk. Selscab. Math.-Fys. Meddel.,1924, 86p.

48. Bolton H.C., Bursill L.A., McLaren A.C., Turner R.G. On the origin of the colour of labradorite. // Physica Status Solidi, 1966, Volume 18, Issue 1, p.221-230.

49. Brown W.L. X-ray studies in the plagioclase. Part 2. The crystallographic and petrologic significance of peristerite unmixing in the acid plagioclases // Zeitsch. Kristall., 1960, Bd. 113, s. 330-344

50. Christ ie O.H.J. Spinodal precipitation in silicates. II. Short survey of theories and some additional remarks on exsolution in feldspar // Lithos, 1969, v. 2, p.285-294

51. Debat, P., Soula, J.-C., Kubin, L., Vidal, J.-L.,. Optical studies of natural deformation microstructures in feldspars (gneiss and pegmatites from Occitania, southern France). 1978, Lithos 11, p. 133-145.

52. Fleet S.G., Ribbe P.H. An electron-microscope study of peristerite plagioclase // Miner. Magaz., 1965, v. 35, p.165.176

53. Furman Sh.A., Tikhonravov A.V. Basics of optics of multilayer systems. Edition Frontieres, Gif-sur-Yvette,1992, 104 p.

54. Gay P., Smith J. V. Phase relations in the plagioclase feldspars: compositional range An0 to An70 // Acta Cryst.,1955, v. 8, p. 64-65.

55. Handbook of Nanophase and Nanostructured Materials: Materials Systems and Applications / Ed. Wang Z.L., Liu Y., Zhang Z. N.Y.: Kluwer Academic Press, 2002. 265 p.

56. Laves F. The coexistence of two plagioclases in the oligoclase compositional range // J. Geol., 1954, v. 62, p. 409-411

57. Laves F, Nissen H.-U., Bollmann W. On schiller and submicroscopical lamellae of labradorite, (Na, Ca) (Si, Al)3 08. //Naturwissenschaften Volume 52, Number 14, 1965. P. 427-428.

58. Korekawa M., Nissen H.-U. Philipp D. X-ray and electron microscopic studies of a sodium-rich low plagioclase // Zeitschr. Kristallogr., 1970, Bd. 131, s. 418-436

59. Nisse n H.U, Eggmann H, Laves F, 1967 Schiller and submicroscopic lamellae of labradorite. A preliminary report: Schweizer, min. pet. Mitt., v. 47? P. 289-302.

60. Nis sen H.U. Lattice changes in the low plagioclase series // Schweiz. Mineral und Petrogr. Mitt. 1969, bd. 49, H. 3, p. 491-508.

61. Raman C.V., Jayaraman A. The structure of labradorite and the origin of its iridescence // Proc. Indian Acad. Sei., 1950 ser.A. 32 N1? 1-16 p.

62. Ra yleigh F.R.S. Studies of Iridescent Colour and the Structure Producing it. III. The Colours of Labrador Felspar. // Proc. R. Soc. Lond,. 1923, ser. A, 103, N A720, p.34-45

63. Simakov A. Attempt of numerical modeling of the iridescent phenomenon in labradorite. // Challenges and

64. Solutions in Mineral Industry, Ffeiberger Forschungsforum 60. Berg- und Hüttenmännischer Tag 2009. P. 4344.

65. Viswanathan K., EberhardE. The peristerite problem // Schweiz. Mineral. Petrol. Mitt., 1968, Bd. 48, s. 803814 Weber L. Das entmischungsverhalten der peristerite // Schweiz. Mineral. Petrol. Mitt., 1972, Bd. 52, s. 349-372