ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ДЕКРЕПИТАЦИИ.
Причина взрывания включений минералообразующих сред
В принципе методика декрептометрического анализа чрезвычайно проста. Предварительно измельченный до определенных размеров образец испытуемого минерала помещают в электропечь. В процессе нагревания происходит растрескивание минерала за счет резкого повышения давления после гомогенизации газо-жидких включений и некоторых других причин (термическая анизотропия расширения, фазовые переходы). Тем или иным способом регистрируется интенсивность растрескивания, т. е. число взрывов в минерале отнесенное к температурному интервалу, затем строят график в координатах температура нагрева и интенсивность растрескивания (декрептограммы).
Лишь в относительно редких
случаях декрептограммы бывают простыми, с одним
четко выраженным максимумом. Такого рода кривые
характерны для минералов, выросших в
изотермических условиях и не испытавших
последующих преобразований (искусственные
минералы, иногда минералы низкотемпературных
гидротермальных месторождений, экзогенные
минералы), в которых как правило содержатся
включения с одинаковой степенью заполнения и
приблизительно одинаковых размеров.
Простейшие декрептограммы имеют несколько характерных точек: точка начала массового растрескивания Tнр, точка максимума (пик декрептограммы) и точка конца растрескивания Тк. Основная проблема состоит в том, чтобы определить, каким образом температуры этих точек сопоставляются с температурами гомогенизации газово-жидких включений в минерале или с температурами минералообразования, и какая из этих точек или интервал температур может использоваться для минералогической термометрии.
Несмотря на многолетнюю историю развития метода, до сих пор не существует единой точки зрения на температурную интерпретацию декрептограмм. Некоторые исследователи считают, что минимально возможная температура минералообразования соответствует точке максимума на кривой декрепитации, другие утверждают, что весь интервал растрескивания соответствует температурному интервалу минералообразования, третьи используют для характеристики процесса кристаллизации температурный интервал декрептограмм от начала массового растрескивания до точки максимума. Тем не менее, начиная со Скотта, большинство исследователей считает, что за максимальную температуру минералообразования следует принимать температуру начала массового взрыва включений. Наше мнение не разделяет все эти точки зрения, поскольку декрептограммы отражают температуры массовых взрывов включений, которые в первую очередь зависят от наполнения и состава флюидов и только в некоторых случаях эти температуры совпадают с температурами минералообразования, к тому же факт соответствия этих температур, получен статистически (В.Б. Наумов[6]). Так же по данным В.П. Бутузова, Л.Н. Хетчикова и А.А. Шапошникова [1] при разных давлениях минералообразующих сред синтетических минералов происходит смещение температур декрепитации в достаточно широких пределах.
Очень большое влияние на температуру декрепитации оказывает углекислота, являющаяся в целом ряде случаев существенным, если не основным, компонентом газо-жидких включений. Это влияние проявляется в занижении температуры разрыва включения с увеличением содержания СО
2 во включении. В отдельных случаях углекислота наблюдается в виде отдельной жидкой фазы при комнатной температуре, которая исчезает при температуре 25-31 градусов, чаще включения приходится охлаждать до 10-15 градусов по Цельсию. Полная гомогенизация таких включений происходит при 280-320° С, а декрепитация около 100-140° С. Очевидно, что использовать температуры декрепитации таких включений для теоретических выводов о температурах образования включений не представляется возможным. (Следует отметить, что те данные которые нельзя использовать для теоретического обоснования температур образования можно и нужно грамотно использовать для обоснования других не менее важных выводов в геологии.)Второй важной стороной вопроса интерпретации результатов измерения является значительная сложность декрептограмм большинства природных минералов. Общеизвестно, что реальные природные минералы редко образуются в изотермических условиях, вследствие чего они содержат включения с различными температурами гомогенизации. Интервал температур гомогенизации может колебаться в широких пределах, от нескольких градусов до десятков и даже сотен, в зависимости от конкретных условий кристаллизации. Кроме того, минералы, образовавшиеся на ранних стадиях, обычно содержат вторичные включения поздних, чаще более низкотемпературных растворов. Если температуры гомогенизации и декрепитации различных групп включений значительно отличаются друг от друга, суммарная декрептограмма характеризуется наличием нескольких пиков растрескивания, каждый из которых соответствует определенной группе включений. Однако судить по декрептограммам о всей гамме содержащихся в минерале включений зачастую оказывается очень трудно.
Каждая декрептограмма представляет собой суммарную кривую, получающуюся в результате сложения простых декрептограмм включений с одинаковой температурой взрывания. При этом основные параметры элементарных кривых (начальная и конечная температуры растрескивания и температура ее максимума) нам не известны. Поэтому, не зная к тому же математического выражения элементарной кривой декрепитации однотемпературных включений, мы не можем разложить сложную декрептограмму на простые, а следовательно, не можем утверждать конкретные температуры взрывания групп включений.
Тем не менее, путем сопоставления декрептометрических анализов с тщательным изучением включений методом гомогенизации удается, по крайней мере, идентифицировать пики на сложных кривых декрепитации, установить их соответствие с той или иной группой включений. Для мамских пегматитов, путем обобщения материала, было выделено три температурных интервала 100- 280° С, 300-450° С и 450-600° С. Каждый из пиков соответствует определенной группе включений: первый – трехфазным газо-жидким включениям с углекислотой, второй двухфазовый- газо-жидкие включения без значительного количества СО
2, третий существенно газовые включения. Согласно работе Б.И. Зорина [3], включения первой группы характерны для пегматитов с промышленным ослюденением.Часто полагают, что при наличии на декрептограммах нескольких интервалов растрескивания порядок расположения пиков отвечает температурам гомогенизации включений. Это не всегда соответствует действительности. Выше упоминалось, что высокотемпературные включения, содержащие повышенную концентрацию СО
2, взрываются при низких температурах, хотя их полная гомогенизация будет происходить при более высоких температурах. Близкие по температурам гомогенизации газо-жидкие включения взрываются при разных температурах, и разница может составлять 200° С. В то же время, существенно газовые включения, из-за незначительного приращения давления, будут взрываться значительно позже собственных температур гомогенизации.(Все сказанное относится к пробам подготовленным стандартным путем т.е. с размером зерна 0.3-0.5 мм.)Величины давлений необходимых для разрушения тех или иных включений по разным авторам получаются несколько различны, поэтому в данной работе приводятся два встреченных способа расчета внутренних давлений необходимых для разрушения минерала.
М.О. Клия и Г.Г.Леммлейн предложили следующую формулу
где Рвн и Рнар внутреннее и наружное давление, s предел прочности на растяжение, b/a отношение радиуса включения к расстоянию от центра до поверхности зерна.
Ю.Н. Пашков [7] на основании теории упругости Л.Д Ландау и Е.М. Лифшица [5] применительно к методу декрепитации рассмотрел задачу о распределении напряжений по толщине шарового слоя полой сферы. Для изотропного тела в сферических координатах уравнение описывается следующей формулой:
(2)
где R1 и R2 внутренний и внешний радиусы полой сферы; P1 и P2 внутреннее и внешнее давление.
Поскольку давления в минералообразующих средах многократно превышают атмосферное, для упрощения, внешнее давление принимается равным нулю, и выразив R
2 /R1=L, получим соотношение определяющее давление необходимое для разрушения такой сферы:
(3)
Проведя аналогичное преобразование для формулы (1) и построив зависимости L от Ркр легко увидеть, что принципиальные различия касаются только оценки предельного давления разрыва последнего включения. Остальные выводы будут примерно одинаковые.
Если допустить, что в минерале находятся включения одного генетического типа (т.е. содержащие растворы одного состава, одинаковой степенью заполнения), то критические давления, необходимые для разрушения включений, а соответственно и температуры, зависят от размера включения и его положения в минерале и прочностных характеристик минерала-хозяина. Анализ соотношения показывает, что включения будут взрываться при различных температурах. В начале декрепитируют включения с малым L, при достижении давлений в уцелевших включениях значений 2s ,(4/3s ) произойдет разрушение всех вакуолей данного типа.
Если принять, что включения распределены в пробе равномерно, то для фракции диаметром 0.5-0.25 мм. и размера включений в среднем 10-15 микрон, на интервале давлений от 0 до 2s , взорвется около 15% всех включений. Остальные 85% включений начнут взрываться при достижении внутренних давлений равных 2s . Однако на практике после максимума взрывов наблюдается остаточная декрепитационная активность, которая может возникнуть по нескольким причинам: повторное взрывание уже декрепитировавших включений, при частичном растворении стенок или образовании пузырчато гофрированной структуры В.Н. Труфанов [8], В.А. Калюжный [7].
По данным декрепитации нельзя определять температуры минералообразования.
Используя функции распределения взрывов включений можно выделить групппы включений по температурам возникновения критического давления, которое зависит от состава включения и соотношения фаз в нем.
По функции накопления взрывов можно оценить, но не определить количество декрепитировавших включений.
Литература.
Copyright ©1999 Levin