Научная статья на тему 'Электропроводность и электромагнитная эмиссия карбонатных пород стратиформных месторождений Северного Вайгача'

Электропроводность и электромагнитная эмиссия карбонатных пород стратиформных месторождений Северного Вайгача Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
564
79
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
электрические свойства / исследования электрических и электромагнитных явлений / стратиформное месторождение / карбонатные породы / электропроводность / термолюминесценция / электромагнитная эмиссия / physical properties / determination of phase electric and electromagnetic appearance / stratiform minefield / carbonaceous rock / electroconductivity / thermoluminescence / electromagnetic emission

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Сальников Владимир Николаевич, Силаев Валерий Иванович

На основе комплексного изучения электрофизических свойств карбонатных пород Янгояхинского рудного поля установлено, что наличие рудных элементов обуславливает более сложную взаимосвязь естественной термолюминесценции и гамма-термолюминесценции с электропроводностью, что является одним из критериев рудоносности доломитов стратиформных полиметаллических 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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Сальников Владимир Николаевич, Силаев Валерий Иванович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

It has been stated, on the bases of complex studying of electrophysical properties of carbonaceous rocks of Yangoyakhinskiy ore field, that the presence of ore elements determines a more complex relation of natural thermoluminescence and gamma-thermoluminescence with electroconductivity. It is one of criteria of dolomite ore content of stratiform polymetallic minefield. One of the perspective electrophysical methods for determining the degree of precipitation transformation and stratiform minefield genesis is the electrocunductivity temperature dependence method. It is based on the analysis of conductivity anomalies occurring as a result of changing rock defect structure in various geological processes at phase transformations and polymorphous transitions of the first and the second type.

Текст научной работы на тему «Электропроводность и электромагнитная эмиссия карбонатных пород стратиформных месторождений Северного Вайгача»

Геофизика

УДК 525.21-54-172.552:16:550.93:548.0:53:096

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ЭМИССИЯ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД СТРАТИФОРМНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЕВЕРНОГО ВАЙГАЧА

В.Н. Сальников, В.И. Силаев*

Томский политехнический университет E-mail: svappolonia@mail.ru *Институт геологии Коми НЦ УРО Российской АН, г. Сыктывкар E-mail: sokerin@geo.komisc.ru

На основе комплексного изучения электрофизических свойств карбонатных пород Янгояхинского рудного поля установлено, что наличие рудных элементов обуславливает более сложную взаимосвязь естественной термолюминесценции и гамма-термолюминесценции с электропроводностью, что является одним из критериев рудоносности доломитов стратиформных полиметаллических 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.

Ключевые слова:

Электрические свойства; исследования электрических и электромагнитных явлений; стратиформное месторождение; карбонатные породы; электропроводность; термолюминесценция; электромагнитная эмиссия.

Key words:

Physical properties; determination of phase electric and electromagnetic appearance; stratiform minefield; carbonaceous rock; electroconductivity; thermoluminescence; electromagnetic emission.

Общая геолого-минералогическая характеристика объекта исследований

Западно-Уральско-Вайгачский регион рассматривается исследователями как перикратонная область, активизированная и переработанная в связи с заложением, эволюцией и закрытием Уральского океана в палеозое [1]. Сходство геотектонической позиции и история развития является основной причиной подобия в пределах региона минерагении в целом и рудо-образования в частности. Тождественность состава, строение и история формирования рудопроявлений Северного Урала и Вайгача приводят к выводу об их принадлежности единому Западно-Уральско-Южно-земельному рудному поясу. По морфологическому признаку рудные тела подразделяются на пластовые согласные, пластовые секущие и жильные. Во всех случаях они представляют собой минерализованные зоны дробления и смятия. В целом формирование исследуемой минерализации происходило в варисций-ский металлогенический цикл тектоногенеза синхронно колчеданному рудогенезу эвгеосинклиналей.

В формационном отношении минерализация Западно-Уральско-Вайгачского региона отвечает формации стратиформных месторождений в карбонатных породах среднего ордовика (О2). В качестве формационных признаков выделяются приуроченность рудоносных территорий к области отраженной тектоно-магматической активизации, фациальная пестрота рудовмещающих отложений, отсутствие генетической связи с магматизмом, литологический контроль и пластовая форма рудных тел, повышенная германиеносность руд [2]. Комплексный анализ признаков различных стадий и этапов литогенеза позволяет расшифровать историю образования и преобразования пород [3]. Проведены геологические, петрографические и минералогические работы по выявлению генезиса стра-тиформной сульфидной минерализации на рудо-проявлениях Западно-Уральско-Вайгачского региона. Сформулированы критерии топоминерало-гического прогнозирования рудоносности на примере четырех рудных районов, характеризующихся

медно-молибденовой, колчеданно-полиметаллической, барит-полиметаллической и флюоритовой минерализацией. Рассмотрена идея регионального гидротермального минералообразования как результата полихронного функционирования гидротермальных палеосистем.

В состав Янгояхинского рудного поля Северного Вайгача входят несколько медных и цинковых рудопроявлений, рудные тела которых представляют собой стратиформные линзообразные зоны брекчиевидных доломитов с прожилково-вкра-пленным сульфидным оруденением (рис. 1). Рудо-проявления расположены большей частью в районе оз. Хэхэто и представляют собой участки, образующие своеобразную трех-четырех километровую зону северо-западного простирания, приуроченную к северо-восточному блоку глубинного разлома [4]. Выделяются три основных рудопроявления: Гора медная, Гора цинковая и Академическое (участок Рудный), образующие рудное поле, называемое Янгояхинским.

Хорошая геологическая, минералогическая и геохимическая изученность рудопроявлений послужила основой для постановки исследований электрофизических свойств карбонатных пород Янгояхинского рудного поля с целью выявления новых критериев рудоносности стратиформных месторождений. Одним из перспективных электрофизических методов для определения степени преобразования осадков и генезиса стратифор-мных 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 переходов первого и второго рода [5].

Образцы горных пород для электрофизических исследований представлены из одного типичного разреза рудопроявлений Янгояхинского рудного поля. Породы, слагающие Янгояхинское рудное поле, относятся к трехкомпонентным: кальцит-до-ломит-нерастворимый остаток. Содержание нерастворимого остатка в породах обычно колеблется в интервале 0...10 %, повышаясь лишь в мергелях до

49...52 %. По данным измерения инфракрасных спектров нерастворимые остатки в известковых и доломитовых породах полностью или существенно кварцевые. Совместно с кварцем встречаются слюда, хлорит и изредка калиевый полевой шпат. В тяжелой фракции обнаружены гранат и группа рудных минералов: пирит, халькопирит, борнит, сфалерит, галенит, гематит. Структуры пород бластопе-литовые, иногда с переходом в микрогранобласто-вые. Текстуры массивная и сланцевая. Онтогенез пластовых месторождений представляется в следующем виде:

1. Дорудный этап: вдоль разломных зон происходило брекчирование массивных плотных доломитов, которое обусловило увеличение в брекчиях эффективной пористости.

2. Рудный этап: гидротермы вынесли часть (до

25...35 %) карбонатов. Общая пористость выросла в 2...2,5 раза, эффективная - в 1,5...2 раза. Рудные минералы начали отлагаться в открытых порах, что подтверждается замедлением темпов роста эффективной пористости.

3. Поздний рудный этап: массовая кристаллизация рудных минералов в открытых порах, на что указывает резкое сокращение величины эффективной пористости (почти до исходной) при сохранении и даже некотором возрастании общей пористости.

4. Пострудный этап: отложение в открытых порах карбонатов и кварца.

Микроскопические наблюдения позволили установить проявление в породах трех видов перекристаллизации с укрупнением кристаллов, с уплощением зерен и в «тенях давления» [6]. Изучение контактового метаморфизма карбонатных пород указывает на интенсивное проявление в контактовых породах спекания и перекристаллизации с укрупнением кристаллов, которые ведут к резкому снижению пористости пород и росту зернистости агрегата. Перекристаллизация контактовых пород сопровождается «чисткой» кристаллов карбоната от примесей (глинистые частицы, углистое вещество), которые большей частью скапливается в межзерно-вых промежутках. Подготовка породы к гидротер-мально-метасоматическому замещению перекристаллизацией (укрупнение зерен минеральных агрегатов и очищение их от примесей) может происходить и при самом гидротермальном процессе - на фронте метасоматоза [7]. С целью экспериментальной проверки принципиальных возможностей перекристаллизации кальцитовых агрегатов при относительно низких температурах осуществлен отжиг спрессованных порошков углекислого кальция марки «ч.д.а.» [8]. В процессе прессовки при нагрузках 1600, 3200, 4800 кг/см2 и температуре 20 °С (исходный препарат) экспериментами установлено, что величина энтропии возрастает с повышением температуры отжига, то есть по мере перекристаллизации исследуемых препаратов.

Рассмотрим электрофизические свойства карбонатов, используя проведенные эксперименты по термолюминесценции, электропроводности и импульсному электромагнитному излучению образцов, отобранных по разрезу одного из участков Ян-гояхинского рудного поля (рис. 1). Существование электрических и электромагнитных явлений в природе общеизвестно, хотя механизмы накопления, место локализации объемного заряда, обуславливающие данные явления, условия и время его релаксации недостаточно изучены. Аккумулирование заряда минералами при радиационном воздействии на горные породы, изменение их состава и увеличение их дефектности, влияние накопленного заряда и нарушений на электромагнитные явления, поиски подобных эффектов в природных объектах представляют научный и практический интерес [9].

Особого внимания заслуживают исследования механизма накопления информации минералами при образовании горных пород, т. е. информация, синхронная кристаллизации минерала в стадию сингенеза, и изменения их в стадию диагенеза с последующей метаморфической дифференциацией в стадию метаморфизма [10]. Поэтому необходимо 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 [11], а также для объяснения быстропротекающих процессов в окружающей среде, в геоактивных зонах и в районах с антропогенной нагрузкой [5].

Электрофизические методы исследований

К электрофизическим методам относятся: электропроводность, термолюминесценция, измерение термотока, термостимулированная электромагнитная эмиссия и тангенс угла диэлектрических потерь. Для измерения импульсного электромагнитного излучения синхронно или раздельно с электропроводностью или термотоком образцов горных пород и минералов была изготовлена вакуумная ячейка, работающая в температурном режиме 20... 1100 °С Образец горной породы размером 20x20x2 мм зажимается между верхним измерительным электродом и нижним, на который подается напряжение при измерении проводимости или он заземляется во время регистрации термотоков. Диапазон регистрации тока проводимости или термотока от 10-13до 10-3 А. Охранное кольцо отводит в землю поверхностные токи и значительно ослабляет краевой эффект [12].

Для измерения интенсивности электромагнитного излучения в радиодиапазоне частот при на-

Рис. 1. Схема расположения и геологического строения Янгояхинского рудного поля (по материалам В.И. Силаева [4]): 1) гора Медная; 2) гора Цинковая: 3) Академическое рудопроявление; 4) безрудные зоны брекчевидных доломитов; 5) Янго-яхинское рудное поле

гревании кристаллических и аморфных гетерогенных систем без приложенного напряжения и в электрическом поле была использована установка и 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 чувствительностью 0,3 В, полоса пропускания 0,3...30 МГц, входное сопротивление 1,25 МОм. Ячейка испытывалась перед началом экспериментов на отсутствие помех и определялся уровень шума по отношению к полезному сигналу. 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 [5]. Искусственное облучение образцов карбонатных пород проводилось в лаборатории физики диэлектрических структур СФТИ при Томском гос-университете от источника 60Со гамма-лучами на установке ГУП-Со-60. Мощность дозы источника составляла 1,6-104 Р/ч, доза облучения образцов равнялась 4,0-105 Р.

Обсуждение результатов исследований

Ранее на кривых естественной термолюминесценции (ЕТЛ) доломитов из рудопроявлений Северного Вайгача получено два пика термовысвечивания при температуре 228...250 и 290...312 °С [2]. В исследуемых породах и рудах выделяются два типа доломита: «неперекристаллизованный» (Дол-1), тонкозернистый и доломит второго типа (Дол-2), который представлен прожилками и выделениями более крупных бесцветных зерен, являющихся результатом перекристаллизации Дол-1. Интенсивность ЕТЛ Дол-2 всегда выше, чем у Дол-1. Установлено, что в то время как высвечивание Дол-1 почти не меняется при переходе от породы к рудам, ЕТЛ Дол-2 в том же направлении усиливается. По данным ЭПР [13] наблюдаемые пики ЕТЛ доломита обусловлены центрами свечения Мп2+. Термолюминесценция марганца становится сенсибилизированной в присутствии свинца (РЬ2+) и линейно возрастает с увеличением его концентрации. Концентрация активатора (Мп2+) в перекристаллизо-ванных доломитах выше, чем в неперекристалли-зованных. В перекристаллизованных доломитах содержание свинца возрастает, а в доломитах (1 и 2) безрудных пород - приблизительно одинаково.

В данной работе впервые получены результаты по исследованию импульсного электромагнитного излучения и электропроводности карбонатных пород стратиформных полиметаллических месторождений одного из рудопроявлений Северного Вайга-ча. Для восстановления радиационной «памяти» применялся способ облучения образцов гамма-квантами с последующим термостимулированием

и регистрацией светового потока в виде гамма-термолюминесценции. Такая методика была опробована нами ранее на карбонатных породах палеозойских отложений нефтяных месторождений Томской области [12].

Рис. 2. Температурная зависимость электропроводности образца известняка (а): 1) нагревание; 2) охлаждение; изменение вакуума в системе (б); электромагнитные импульсы при нагревании (в); электромагнитные импульсы при охлаждении (г); природная термолюминесценция (д); дифференциальный термографический анализ (е); дифференциальный термографический анализ потери веса (ж); гамма-термолюминесценция (обр. 1052) (з)

Термолюминесценция карбонатных пород Ян-гояхинского рудного поля характеризуется двумя максимумами: 220...230 и 280...310 °С для известняков; 230...250 и 280...310 °С для доломитов (рис. 2, д;

3, д). По отношениям третьего пика ТЛ и интенсивности второго пика ТЛ можно довольно точно разделить известняки и доломиты. Для известняков эти соотношения не превышают 1,06, в то время как для доломитов характерны высокие значения -

1,28...3,0. Средние значения запасенной светосум-мы у известняков более высокие (62,35 отн. ед.), по сравнению с доломитами (23,73 отн. ед.), хотя отдельные значения запасенной светосуммы у пятнистых доломитов превышают средние значения на два порядка. Следует отметить, что пики ТЛ пере-кристаллизованных доломитов, доломитовых мергелей, доломитов с содержанием рудных элементов слабо проявляются, особенно пик 220 °С. По-видимому, присутствие ионов Fe2+, Fe3+, Со2+ и №2+ вызы-

вают тушащее действие при люминесценции в рассматриваемых карбонатах. Как было отмечено ранее, первичный характер термолюминесценции минерала, испытавшего термальный метаморфизм, может быть восстановлен гамма-облучением, возбуждающим погашенные метаморфизмом и другими геологическими процессами центры свечения. Кривые гамма-термолюминесценции (гамма-ТЛ) более объективно, чем ЕТЛ, отражают малейшие изменения в плотности локализованных электронов на микродефектах кристаллов, приобретенных как в процессе первичной кристаллизации, так и в течение геологического времени. Установлено, что ТЛ предварительно облученных гамма-квантами известняков имеет три максимума при 110, 235 и 312 °С [14]. Необлученный карбонат СаСО3 (марки «ч.д.а.») обнаруживает очень слабый пик при 310 °С. Облучение гамма-квантами приводит к появлению пиков в области температур 130... 140,

180...220, 260 °С [15].

На кривых гамма-термолюминесценции для всех образцов наблюдаются три пика термолюминесценции 100...110, 200...220, 280...300 °С (рис. 4). Самые низкие значения светосуммы ТЛ относятся к образцам из рудной зоны или доломитовым мергелям. Отношения интенсивности второго пика ТЛ к первому характеризуют доломитостость образцов. Известняки имеют значения этих отношений от 0,3 до 0,68, а доломиты - от 0,6 до 7,34. Особенно высокое значение отношений 12/11 имеют доломиты из рудной зоны и перекристаллизованные. Морфология кривых гамма-ТЛ представлена на рис. 4.

Из литературных данных известно, что первый максимум на кривой термолюминесценции в интервале низких температур 100...120 °С обусловлен рекомбинацией свободных электронов с дырочными центрами окраски (У-центр, С03-3 и, возможно, другими) вследствие термического разрушения электронных Са+-центров. Снижение величины первого пика ТЛ образцов, содержащих доломиты,

Рис. 3. Температурная зависимость электропроводности доломита с сетью прожилок перекристаллизации (а): 1) нагревание; 2) охлаждение; б) гамма-термолюминесценция; в) дифференциальный термографический анализ; г) дифференциальный термографический анализ потери веса; д) природная термолюминесценция (обр. 1010)

обусловлено уменьшением концентрации Са+-цен-тров вследствие вхождения в решетку кальцита (СаСО3) дополнительных ионов магния и образованию кристаллической решетки доломита. Ионы магния, вероятно, не образуют устойчивых М§+-со-стояний в решетке кальцита. Второй и третий максимумы на кривой гамма-ТЛ обусловлены отжигом карбонатных центров С03-3, находящихся в комплексах с примесными ионами Fe3+, РЬ3+ и др., а также разрушением электронных и дырочных центров окраски ^+-центр, СО2-), в результате термической активации ионов и катионов и их вакансий. Здесь обращает на себя внимание отсутствие третьего пика ТЛ после гамма-облучения у доломита пятнистого (обр. 1028). Третий пик естественной термолюминесценции исчезает, вероятно, с процессами рекомбинации дефектов Са+, С03-3, СО2-), и др. в процессе радиационного отжига. Запасенная светосумма гамма-ТЛ увеличивается примерно в 5 раз (от 1109,0 до 5500,0 отн. ед.). Данный доломит можно отнести к Дол-2. Средние значения запасенной светосуммы известняков (159,1 отн. ед.) незначительно превышают таковые доломитов (136,4 отн. ед.). Отношения возрастают с увеличением нерастворимого осадка только у известняков, а для доломитов установлена обратнопропорцио-

нальная зависимость. Самые высокие значения отношений второго пика гамма-ТЛ к первому (6,9/7,3) характеризуют доломит, содержащий рудные компоненты, что может служить диагностическим признаком на наличие оруденения.

Рассмотрим возможность регистрации физикохимических процессов в карбонатных породах методом электропроводности и импульсного электромагнитного излучения на наиболее типичных образцах известняков (обр. 1052) и доломитов (обр. 1010). Температурный ход электропроводности при нагревании известняка характеризуется изменением энергии активации носителей заряда, значения которых растут до 160 °С (рис. 2). Данный интервал изменения электропроводности соответствует началу, экстремуму и окончанию первого пика гамма-ТЛ, а, соответственно, обусловлен электронно-дырочной проводимостью при рекомбинации свободных электронов с дырочными центрами окраски (У-центр) вследствие разрушения электронных центров Са+. Второму и третьему максимуму естественной и гамма-ТЛ соответствует изменение энергии активации носителей тока при температурах 160...190...220...260...320...390 °С. За электропроводность в этом случае ответственны процессы разрушения электронно-дырочных центров

Рис. 4. Изменение температурной зависимости электропроводности (а) и гамма-термолюминесценции (б); I) известняка (обр. 1033); II) доломита пятнистого (обр. 1009); III) доломита с сетью прожилок перекристаллизации (обр. 1013); IV) доломита брекчевидного с бедным оруденением (обр. 1014). Заштрихованная часть площади - область актов возникновения и рекомбинации носителей зарядов; пунктирная линия (в) - среднее значение энергии активации зарядов

окраски ^+-центр, СО2-), т. е. исключена возможность ионной проводимости за счет примесных ионов Fe3+, РЬ3+ и др. Если соединить линией точки на кривой электропроводности, соответствующие началу и окончанию гамма-термовысвечивания, то получим среднюю энергию активации (Е) электронно-дырочной проводимости. В данном случае она равна 0,56 эВ. Области, находящиеся между прямой и линией электропроводности снизу, характеризуют акты рекомбинации носителей зарядов, а области, расположенные вверху средней линии активации, отражают процессы разрушения электронно-дырочных центров, а, соответственно, обуславливают увеличение количества носителей зарядов в области проводимости. Число таких областей актов возникновения и рекомбинации носителей зарядов растет с содержанием рудных элементов и перекристаллизации доломитов (рис. 4).

После нагревания до 1000 °С и охлаждения до комнатной температуры образец 1052 через сутки снова нагревали. Начальная электропроводность при 20 °С образца известняка при нагревании второй раз уменьшилась на два порядка. Изменения энергии активации начинаются после 110 °С и также отражают основные точки экстремумов ЕТЛ и гамма-ТЛ. Энергия активации этого участка повышается до 0,71 эВ, а температура окончания этого процесса на 40 ниже (350 °С), чем при первом нагревании. При охлаждении электропроводность также отражает температуры выделения запасенной энергии в виде ТЛ, как при первом, так и при повторном нагревании. Эксперимент доказывает, что в карбонатных породах также существуют биографические дефекты, которые не разрушаются даже после нагревания до 1000 °С, участвуя в перераспределении зарядов, изменяют электропроводность. Эффекты «памяти» о воздействии радиационных полей в ходе формирования и изменения породы записаны на ионно-катионных подрешет-ках кальцита и доломита (рис. 2, 3). В отличие от известняков, электропроводность доломита более ярко выражает физико-химические процессы. Так, в области выделения запасенной энергии электропроводность изменяется синусоидально. Максимум 100...210...300 °С и минимум 210...300...440 °С температурной зависимости электропроводности обусловлены процессами разрушения электроннодырочных центров окраски и их дальнейшей рекомбинацией. Энергия активации в интервале выделения запасенной энергии (50...440 °С) равна

0,12 эВ, что значительно меньше, чем у известняков. Информация о дефектах, на которых запасается энергия, сохраняется и на обратном ходе кривой проводимости (охлаждения) и проявляется в смене энергии активации и импульсном изменении её значений.

Среднетемпературный интервал изменения температурной зависимости электропроводности, который несет генетическую информацию о формировании горной породы, представлен интервалом температур 400...600 °С (рис. 2, 3). Интервал

характеризуется экзотермическими реакциями, возникающими вследствие окислительно-восстановительных реакций за счет рудных компонентов и органических остатков, содержащихся в карбонатных породах из зоны рудопроявления. За экзотермическими эффектами, после 560...580 °С, следуют эндотермические реакции, сопровождающиеся выделением газовой фазы, распадом твердых растворов и поляризацией образца. Например, исходя из данных работы [2], на термограммах пирита, отобранного из контактных пород, выделяются три этапа преобразования. Интервал нагревания от 20 до 330...420 °С характеризуется только потерей веса (1...8 %). В интервале от 420...470 °С до

500...550 °С наблюдается сильный экзоэффект с максимумом 480...490 °С, сопровождающийся потерей 3...8 % веса исходного образца. Этот эффект обусловлен окислением пирита, протекающим в три этапа, с конечными продуктами - О, SO2, Fe2Oз (магнетит). Полное сгорание пирита приводит к потере 33 % веса минерала. Дальнейшее нагревание пирита до температуры 640...650 °С сопровождается эффектом 570...880 °С. Предполагается, что на этом этапе происходит сложная диссоциация продуктов окисления пирита и потеря еще 5... 8 % веса образца. Близкие по температурам экзо- и эндоэффекты установлены и для других сульфидов карбонатных пород Янгояхинского рудного поля.

На основании экспериментов по электропроводности, электромагнитному излучению и дифференциального термического анализа (ДТА) карбонатных пород Янгояхинского рудного поля нами установлена стадийность процесса декарбонатиза-ции, которая также может быть использована для определения условий минералообразования и диагенеза. На кривых ДТА известняков наблюдается один минимум при 960 °С, обусловленный распадом СаСО3 на СаО и СО2. Для доломита характерны два минимума: первый, связанный с распадом твердого раствора СаМ§(С03)2 на СаСО3 и М§СО3, который, в свою очередь, распадается на М§0 и СО2 (780 °С); второй возникает за счет распада Са-СО3 на СаО и СО2 (рис. 2, 3).

Применение электрофизических методов позволяет уточнить кинетику процесса распада твердых растворов и рекомендовать новый способ определения температур геологических процессов [15]. Комплексный анализ электрофизических свойств карбонатных пород, определения различных стадий и этапов литогенеза позволят расшифровать историю образования и преобразования пород.

На рис. 5 представлены кривые изменения естественной термолюминесценции, гамма-ТЛ и энергии активации носителей заряда по разрезу одного из рудных участков. Кривые запасенной светосум-мы ЕТЛ и гамма-ТЛ изменяются почти синхронно вкрест простирания рудной залежи. Установлено, что интенсивность гамма-ТЛ меняется в зависимости от состава и элементов примесей карбонатных пород, а также дефектности слагающих их минералов. Максимумы запасенной светосуммы ЕТЛ и

гамма-ТЛ приходятся на участки, сложенные пятнистыми доломитами (обр. 1028), известняками (обр. 1045, 1033) и брекчированными доломитами с убогим оруденением (обр. 1013, 1014). Среднее значение энергии активации (Е) в интервалах развития аномалий проводимости безрудных доломитов с сетью прожилок перекристаллизации (Е=0,2 эВ) меньше, чем оруденелых (Е=0,3 эВ) и без следов перекристаллизации (0,47 эВ). Диагностические признаки несет кривая суммы актов возникновения и рекомбинации носителей зарядов в области аномалий проводимости. Кривая, построенная по изменению количества свободных носителей зарядов в интервалах 20...400 °С, представляет собой экспоненту. Убывание количества свободных носителей заряда идет в направлении оруденения. Кривая зависимости температуры окончания аномалий проводимости в интервале 20...440 °С от степени перекристаллизации доломитов имеет максимум (обр. 1010). В зоне развития первичных ореолов рассеяния рудных компонент (обр. 1013-1015) температура окончания аномалий проводимости постоянна и равна 390 °С. На этом участке не меня-

ется количество аномалий проводимости (^. Число их на температурной зависимости проводимости растет от участка пятнистых доломитов к зоне гидротермальной проработки. Аномалии проводимости приурочены к минимумам и максимумам естественной ТЛ и гамма-ТЛ. Кривая, проведенная по минимальным средним значениям электропроводности, показывает, что её значения растут в направлении увеличения содержания рудных компонентов. Наличие участков перекристаллизации, элементов рудной минерализации в разрезе обуславливают сложную взаимосвязь между отдельными электрофизическими свойствами образцов карбонатных пород, что является одним из критериев оценки рудоносности.

Выводы

1. Термолюминесценция карбонатных пород Ян-гояхинского рудного поля характеризуется двумя максимумами: 220...230 и 280...310 °С для известняков и 230...250, 280...310 °С для доломитов. По отношениям интенсивности третьего и второго пиков термолюминесценции можно

Рис. 5. Изменение физических свойств карбонатных пород по разрезу: 1) светосумма естественной ТЛ; 2) светосумма гамма - ТЛ; 3) изменение энергии активации носителей заряда; 4) количество аномалий проводимости; 5) сумма актов возникновения и рекомбинации носителей зарядов; 6) изменение количества свободных носителей зарядов; 7) температуры окончания аномалий проводимости; 8) значения электропроводности при 20 °С; 9) средние значения электропроводности при 20 °С, взятые по минимумам

уверенно разделять известняки и доломиты. Первый пик естественной термолюминесценции отсутствует.

2. На кривых гамма-термолюминесценции для всех образцов карбонатных пород наблюдается три пика: 100...110, 200...220 и 280...300 °С. Самые низкие значения светосуммы относятся к образцам из рудной зоны или доломитовым мергелям. Отношения интенсивности второго

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Силаев В.И. Эволюция минералообразования в гидротермальных палеосистемах. - Л.: Наука, 1989. - 264 с.

2. Силаев В.И. Минералогия и генезис стратиформной сульфидной минерализации. - Л.: Наука, 1982. - 232 с.

3. Силаев В.И. Генетический анализ древних осадочных пород геосинклинальных областей // Доклады АН СССР. - 1975. -Т. 224. - № 2. - С. 43-433.

4. Силаев В.И., Тихомирова В.Д., Хорошилова Л.А. Минералогия и условия формирования сульфидных рудопроявлений Северного Вайгача // Проблемы региональной минералогии / Труды Института геологии Коми филиала АН СССР. - Сыктывкар, 1978. - Вып. 24. - № 5. - С. 80-109.

5. Сальников В.Н., Арефьев К.П., Заверткин С.Д. и др. Самоорганизация физико-химических процессов в диэлектрических природно-техногенных средах. - Томск: STT, 2006. - 523 с.

6. Силаев В.И. Перекристаллизация карбонатных пород при эпигенезе // Доклады АН СССР. - 1974. - Т. 216. - № 2. -С. 414-417.

7. Низамутдинов ГН. Перекристаллизация минеральных агрегатов в гидротермальном минералообразовании // Теория минералогии / под ред. Н.П. Юшкина. - Л.: Наука, 1988. -С. 97-105.

8. Силаев В.И., Петровский В.А. Об энтропии процесса перекристаллизации / Сб.: Минералы рудных месторождений Север-

пика к первому характеризуют доломитистость карбонатных пород.

3. Данные по электропроводности, интенсивности электромагнитного излучения, термолюминесценции и термотоков, регистрируемых при физико-химических процессах в карбонатных породах, содержащих оруденение, можно использовать в качестве критерия рудоносности на стадиях поиска и оценки стратиформных месторождений.

ного Урала и Пай-Хоя / под ред. Н.П. Юшкина. - Сыктывкар. 1976. - С. 38-40.

9. Способ определения температур минералообразования и полиморфных превращений: а.с. 949445 СССР, заявл. 25.07.80; опубл. 07.04.1982, Бюл. № 29. - 10 с.: ил.

10. Жабин А.Г Стадиальный анализ в генетической минералогии / Исследование рудообразующих минеральных систем. -Свердловск: УНЦ АН СССР, 1981. - С. 45-55.

11. Сальников В.Н., Монингер Г.Г., Заверткин С.Д., Коровкин М.В., Долгов И.В. О некоторых электрофизических свойствах кварцитов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1994. - № 3. - С. 89-99.

12. Сальников В.Н., Шустов М.А., Паровинчак М.С. Электрофизические свойства горных пород нефтегазоносных месторождений Томской области / Труды Томскгазпрома: Научно-техн. сб. / под ред. Б.И. Соколова. - Томск: STT, 1999. - С. 46-57.

13. Марфунин А.С. Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах. - М.: Недра, 1975. - 320 с.

14. Целлер Э. Термолюминесценция карбонатных отложений // Ядерная геология. - М.: Недра, 1956. - 312 с.

15. Арефьев К.П., Заверткин С.Д., Сальников В.Н. Термостимулированные электромагнитные явления в кристаллах и гетерогенных материалах. - Томск: STT, 2001. - 400 с.

Поступила 09.04.2010г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.