CC BY
45
Vestnk IG Komi SC UB RAS, August, 2014, No 8
*
УДК 550.4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР ГОМОГЕНИЗАЦИИ ВКЛЮЧЕНИИ В ГАЛИТЕ ИКШИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИИ
С. Н. Шанина1, Н. В. Сокерина1, А. Р. Галамай2, В. Н. Леденцов3, Д. В. Оносов4
ХИГ Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, shanina@geo.komisc.ru;
2ИГГГИ НАНУ, Львов, halamay.an@rambler.ru;
3ЗАО «Миреко», Сыктывкар, terriminerals@mail.ru 4Горный институт УрО РАН, Пермь
Проведены исследования по определению температур гомогенизации однофазовых жидких включений в галите Якшинского месторождения солей путем их предварительного охлаждения. Установлено, что обособление газовой фазы в подобных включениях требует значительного времени и связано с высокими концентрациями солей калия и магния в рассолах Верхнепечорского бассейна в момент формирования галита. Полученные значения температур гомогенизации включений (от 9 до 43 °С) соответствуют данным других ранее изученных мелководных пермских бассейнов.
Ключевые слова: галит, Верхнепечорский калиеносный бассейн, флюидные включения, температура гомогенизации, нижняя пермь.
HOMOGENIZING TEMPERATURE TEST FOR HALITE FROM YAKSHINSKOE DEPOSIT
S. N. Shanina1, N. V. Sokei-та1, A. R. Galamay2, V. N. Ledentsov3, D. V. Onosov
institute of geology Komi SC UB RAS, Syktyvkar 2Institute of geology and geochemistry of fossil resources of the NASU, L'vov 3Closed joint-stock company «Mining Geological Company MIREKO», Syktyvkar
4Mining Institute UB RAS, Perm'
Temperatures of homogenization of individual fluid inclusions in halite of Yakshinskoe salt deposit during their pre-cooling were determined. It was established that vapor bubbles nucleation in fluid inclusions took a long time. It was connected with high potassium and magnesium concentrations of brines in the Upper Pechora evaporate basin at the halite crystallization stage. Temperatures of homogenization of fluid inclusions ranged from 9 to 43 °C. Similar homogenizing temperatures were observed in other shallow Permian salt basins.
Keywords: halite, Upper Pechora evaporate basin, fluid inclusions, homogenizing temperature, Kungurian time.
Включения в галите — надежный и уникальный источник информации о физико-химических параметрах ми-нералообразующих растворов. Метод гомогенизации первичных флюидных включений в кристаллах этого минерала широко применяют для восстановления температур рассолов на момент его кристаллизации [6, 8, 13, 15]. Обычно для определения температурных условий древнего солеоб-разования используют первичные включения с минералом-узником сильвином [6, 14]: температурой их
гомогенизации считается момент полного растворения минерала-узника. Однако такие включения встречаются лишь в галите, который кристаллизовался из высококонцентрированных растворов, насыщенных хлоридом калия. В большинстве случаев первичные включения в галите являются од-нофазовыми, что длительное время не позволяло использовать их для установления температур кристаллизации солей. В последнее время в научной литературе появились работы, которые показали возможность использо-
вания для определения температур гомогенизации непосредственно одно-фазовых жидких включений в предварительно охлажденном при минусовых температурах галите (—10...— 20 °С) до момента выделения в них газовой фазы [10—12, 16]. Процесс появления газовой фазы состоит в следующем: при охлаждении пластинки галита жидкость внутри включений сжимается несколько больше, нежели стенки включения. Этот свободный объем компенсируется парами воды или растворенными в рассолах
с
S&uüHuic. ИГ Коми НЦ УрО РАН, август, 2014 г., № 8
включений газами. Установлено, что обычно после охлаждения только в 10—20 % включений появляются пузырьки газа, которые занимают менее 1 % объема включения. Основная масса флюидных включений остается од-нофазовой. При этом размер включений никак не влияет на появление пузырьков. Обособление газовой фазы в однофазовых жидких включениях происходит в среднем через одну неделю после охлаждения минерала [11].
Методы исследования
Для исследования включений были подготовлены пластинки из выколотых по спайности кристаллов га-лита. Толщина пластинок в зависимости от прозрачности образца составляла от 1 до 3 мм. Полученные пластинки предварительно просматривались под микроскопом для изучения особенностей седиментационных структур галита, установления генетического типа жидких включений, их формы, размера и фазового состава. Затем образцы помещались в стеклянные бюксы с несколькими гранулами безводного СаС12 (для избежания конденсирования паров воды на поверхности образца) и охлаждались в морозильной камере при температуре —13±5 °С в течение 14—90 суток . Для определения температур гомогенизации образцы переносились в камеру термокриостолика ТЫБОбОО Ьшкаш, после чего быстро охлаждались до — 10 °С и затем нагревались со скоростью 0.5 °С/мин до момента гомогенизации. Подсчет количества интервалов проводился по формуле Стерд-жесса (п=1+3.322 ^ М).
Результаты и обсуждение
Нами проведены исследования температур гомогенизации первичных включений в галите из пласта подстилающей каменной соли Якшинского месторождения Верхнепечорского калиеносного бассейна. Месторождение
расположено в пределах Верхнепечорской впадины Предуральского краевого прогиба. Соленосные отложения распространены на площади более 6000 км2. Галогенная формация Верхнепечорского бассейна охватывает верхнюю часть иреньского горизонта кун-гурского яруса нижней перми, подстилается карбо-натно-глинистыми и известняковыми отложениями верхнеартинского подъяру-са, перекрывается глинисто-мергельными и алеврито-песчани-ковыми породами уфимского яруса. По характеру вертикальной зональности соляная толща подразделяется (снизу вверх) на подстилающую каменную соль, калийно-магниевые соли и покровную каменную соль. Особенности строения и состава солей рассмотрены в ряде работ [1, 2, 5, 7, 9]. Мощность горизонта подстилающей каменной соли колеблется от 120—180 м на западе региона до 400 м и более на востоке. Среднее содержание основных компонентов в подстилающей каменной соли составляет (%): KCl — 0.01—1.5, NaCl — 37.6— 82.6, MgCl2— 0.01—1.9, CaO — 0.4—3.5, SO42- — 4.55—28.93, H.O. — от 0.25.
Изучены образцы из толщи подстилающих солей по разрезам скважин 3, 7, 12, 15 и 19. По всему разрезу соляных отложений в галите постоянно встречаются хорошо сохранившиеся седиментационные реликты придонного галита в виде «елочек» (рис. 1). Их размер в наиболее крупных кристаллах галита достигает 3.5 см. Зональность в седиментационных структурах преимущественно ритмическая, с четким чередованием молочно-белых полос с включениями и прозрачных без включений. Широкое распространение подобной зональности в галите свидетельствует о вероятной мелководнос-ти солеродного бассейна.
Рис. 1. Ритмическая зональность седиментационного галита, обр. 10/12
Ранее проведенные исследования состава рассолов первичных включений в галите методом ультрамикроанализа показали, что рассолы Верхнепечорского солеродного бассейна представляли собой морские рассолы сульфатного типа, близкие по соотношению основных ионов к рассолам других ранее изученных пермских бассейнов [3].
В ходе исследований газовая фаза во включениях при предварительном охлаждении галита была обнаружена только в образцах из 12-й и 15-й скважин, а в галите из остальных скважин по истечении трех месяцев включения остались однофазовыми. Причем во включениях галита из скважины 12 газовые пузырьки появились через две недели после помещения образцов в морозильную камеру (рис. 2), тогда как в галите из скважины 15 газовая фаза во включениях была обнаружена только через 2 месяца после охлаждения образцов. Отличия во временном интервале обособления газовой фазы, по нашему мнению, связаны с различной концентрацией рассолов включений [3] изученных образцов. Обнаруженный факт соответствует законам термодинамики, согласно которым для обособления новой фазы необходима дополнительная энергия, выражаемая произведением площади поверхности раздела на коэф-
Рис. 2. Флюидные включения в галите: а — исходный, б — после охлаждения в морозильной камере, обр. 11/12
'ЙаМПк Ю Кот! БО УВ ЯЛБ, August, 2014, N0 8
Рис. 3. Изменение температур гомогенизации галита в зависимости от локализации образца
фициент поверхностного натяжения, и этот коэффициент при снижении температуры повышается для более высококонцентрированных рассолов и рассолов с большей плотностью [4]. Поэтому в жидких включениях с высокими концентрациями хлоридов калия и магния получить газовую фазу путем охлаждения галита более проблематично.
Появление газовых пузырьков установлено менее чем в 1—3 % включений в каждой из изученных седи-ментационных зональных структур. Зависимость между температурой гомогенизации и размером включения не выявлена.
Значения температур гомогенизации включений в образцах находятся в диапазоне 9—43 °С и соответствуют аналогичным данным ранее изученных мелководных пермских бассейнов [11]. На рисунке 3 показано
изменение температур гомогенизации включений в галите в зависимости от локализации образцов в разрезе скважин. Измеренные температуры меняются от 10 до 25 °С для скв. 15 и от 9 до 43°Сдля скв. 12. При этом для скв. 12 хорошо видны изменения температур гомогенизации в зависимости от глубины отбора образца, тогда как для скв. 15 в изученном нами интервале подобных вариаций не обнаружено. Возможно, это связано с тем, что на состав рассолов морского солеродно-го бассейна в районе скв. 12 более сильное влияние оказали свежие морские или континентальные воды, размывавшие ранее отложенные калийные соли, тогда как в месте локализации скв. 15 их влияние было менее существенным. На гистограмме зависимости температур гомогенизации от частоты встречаемости (рис. 4) на-
блюдаются различные температурные интервалы и их широкий диапазон, что обычно характерно для мелководных бассейнов.
Рис. 4. Частота встречаемости включений с определенной температурой гомогенизации
ÂecmHuê ИГ Коми НЦ УрО РАН, август, 2014 г., № 8
К сожалению, пока не удалось установить, происходили ли изменения температуры кристаллизации галита в процессе роста отдельныгх кристаллов на дне бассейна, однако существование различныгх температурныгх интервалов и их широкий диапазон однозначно подтверждает высказанное мнение о мелководности бассейна.
Работа выполнена при поддержке Программы интеграционным фундаментальным исследований № 12-И-5-2026; НШ 4795.20142, Президиума РАН АРКТИКА.
Литература
1. Богацкий В. И., Иванов А. В., Агулов С. Н. Условия накопления в Верхнепечорском соленосном бассейне Коми СССР // Проблемы осадко-накопления. Новосибирск, 1977. Т. 2. С. 138—141. 2. Высоцкий Э. А., Гарец-кий Р. Г., Кислик В. 3. Калиеносные бассейны мира. Минск: Наука и техника. 1988. 387 с. 3. Галамай А.Р., Шанина С.Н., Игнатович 0.0. Состав ми-нералообразующих рассолов Верхнепечорского солеродного бассейна на стадии кристаллизации галита // За-
писки РМО. 2013. № 4. С. 32-46. 4. Жуховицкий А. А., Шварцман Л. А. Физическая химия. М.: Металлургия. 1968. 520 с. 5. Иванов А. А, Воронова М. Г. Геология Верхнепечорского со-леносного бассейна и его калиенос-ность. Геология соляных и калийных месторождений // Тр. ВСЕГЕИ. Л., 1968. Т. 161. С. 3-79.6. Ковалевич В. М. Физико-химические условия формирования солей Стебникского калийного месторождения. Киев: Наукова думка, 1978. 100 с. 7. Раевский В.И., Фивег М. П., Герасимова В. В. Месторождения калийных солей СССР. Л.: Недра, 1973. 344 с. 8. Реддер Э. Флюидные включения в минералах: В 2 т. М.: Мир, 1987. Т. 2. 632 с. 9. Фойгт В. П., Гладков И. П., Иванов П. И., Тараб-рина В. И. Отчет о предварительной разведке Верхне-Печорского месторождения калийно-магниевых и каменных солей (разведочное и структурно-поисковое бурение). Печора, 1965. Т. 10. (Фонды Полярно-Уральского геолого-разведочного объединения). 10. Acros D, Ayora C. The use of fluid inclusions in halite as environmental thermometer: an experimental study //
XIV ECROFI. 1997. P. 10-11. 11. Benison K. C, Goldstein R. H. Permian paleoclimate data from fluid inclusions in halite // Chemical Geology. 1999. V. 154, P. 113—132. 12. Галамай А. Р. Температура кристаллизацй галпу у «Гротах Кришталових» родовища кам'яно* солi Величка (Польша) // Геолопя i геохiмiя горючих копалин. 2005. № 2. С. 105—113.13. Horita J, HollandH D. Brine inclusions in halite and the origin ofthe middle Devonian Prairie evaporates of western Canada // Journal of sedimentary research. 1988. V. 68. P. 230—231.14. Lowenstein T. K, Spencer R. J. Syndepo-sitionalnorigin of potash evaporates: petrographic and fluid inclusion evidence // American Journal of Science. 1990. V. 290. P. 1—42. 15. Петриченко О. Й. Методи дослщження включень у мше-ралах галогенних порщ. Киев: Наукова думка, 1973. 91 с. 16. Roberts S. M, Spencer R. J. Paleotemperatures preserved in fluid inclusions in halite // Geochim. Et Cosmochim Acta. 1995. V. 59. P. 3929—3942.
Рецензент д. г.-м. н. А. Ф. Сметанников
Научная программа конференции:
> География, геоморфология, геология, стратиграфия, литология, минералогия, петрография, тектоника Тимано-Североуральско-го региона
>- Археологические и геолого-археологические исследования в Республике Коми и сопредельных регионах
> История геолого-географических
исследований
К участию в конференции приглашаются студенты, аспиранты и молодые преподаватели вузов и академических организаций Республики Коми и сопредельных территорий.
Научная программа конференции предусматривает слушание пленарных докладов и рассмотрение стендовых докладов. Развернутые тезисы докладов будут напечатаны в сборнике материалов конференции.
