SU949445A1

SU949445A1 - Method of determination of mineral formation and polymorpous transformation temperatures

Info

Publication number: SU949445A1
Application number: SU802963140A
Authority: SU
Inventors: Сергей Дмитриевич Заверткин; Владимир Николаевич Сальников; Александр Феопенович Коробейников; Юрий Мидардович Страгис
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1982-08-07

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл определени температурного интервала генезиса (образовани минералов, сопутствующих рудной минерализации , дл определени температур образовани искусственных кристаллов при их выращивании из гидротермальных растворов и дл определени темпе ратур полиморфных превращений минералов и искусственных кристаллов при их тепловом возбуждении. Известен способ декрепитации (растрескивани ) дл определени температурного интервала образовани минералов и его разновидности - термозвуковой и термовакуумный. Термозвуковой способ предполагает нагревание образца минерала до температуры декрепитации (взрыва)газово-жидких включений. Температурный интервал декрепитационной активности фиксируетс в этом случае с помощью акусти-; ческих датчиков и принимаетс в качестве температурного интервала минералообразовани . Термовакуумный способ основан на следующем: образец минерала нагреваетс в вакууме до температуры декрепитации газово-жи ;ких включени . Растрескивание включеНИИ и сопутствующее газоотделение фиксируютс с помощью вакуумметра по снижению давлени в вакуумной камере . Температурный интервал, в котором регистрируетс снижение давлени , принимаетс за интервал образовани минерала. Способ декрепитации и его разновидности термозвуковой и термовакуумный широко используетс в современной практике термобарогеохимических исследований j l Однако данные способы малодостоверны без одновременного визуального наблюдени за процессом гомогенизаций включений, предшествующим пекрепитации , так как температура декрепитации может превышать температуру, минералообразовани гомогенизации на 100-120 . Кроме того, дл многих минералов отмечаетс растрескивание, независ щее от газово-жидких включений (за счет дегидратации, полиморфных превращений , окислительно-восстановительных реакций, термоупругих напр жений). Причем в исследуемом минерале или кристалле газово-жилкие включени могут отсутствовать или быть настолько малыми, что зафиксировать при их декрепитации акустическую эмиссию. снижение давлени и, соответственнсг определить температуру минергшообразовани не представл етс возможным Наиболее близким к изобретению техническим решением вл етс спософ определени температур минералообра зовани и полиморфных превращений, заключающийс в нагревании прозрачно го минерала и регистрации температур фазового nepexoj a. Температура исчезновени газовой фазы (гомогенизации ) газово-жидкого включени принимаетс в качестве температурного эта лона процесса образовани минерала 2 Однако известный способ определени температуры минералообразовани не позвол ет наблюдать эффект гомогенизации включений на непрозрачных рудных минералах, установление температуры образовани которых наиболее существенно при разделении проце са рудоотложени по температурам, соответствующим определенным стади м минерализации. Необходимо отметить, что газово-жидкие включени в исследуемом образце минерала могут вообще отсутствовать или быть настолько малы, что провести визуальное наб людение их гомогенизации под микроскопом и, следовательно, определить температуруминералообразовани невозможно . Целью изобретени вл етс повышение достоверности результатов определени температурного интервала образовани минералов и расширени области применени , а именно определение нар ду с температурным интервалом минералообразовани температурного интервала полиморфного превращени , а также получение с по мощью электромагнитного сигнала информации о температурном интервал минералообразовани в тех случа х, когда газово-жидкие включени отсут ствуют или настолько малы, что их нельз наблюдать визуально и в процессе своей декрепитации они могут не вызывать акустической эмиссии и заметного снижени давлени в вакуумной измерительной камере. Цель достигаетс тем, что согласно известному способу, который заклю чаетс в нагревании и регистрации температуры фазового перехода образца толщиной 0,3-0,4 см и диаметром 1,5 см, его помещают в вакуумную измерительную камеру, нагревают и одновременно регистрируют генерируемйе образцом электромагнитный и акустический сигналы и изменение дав лени в вакуумной камере по температурным интервалам по влени которых определ ют температуры минералообраэовани и полиморфных превращений . После установлени образца минерала в камеру включают вакуумные насосы и при достижении в камере Давлени 10 мм рт.ст. нагревают образец с определенной посто нной скоростью с помощью внешней -печи. Через произвольный, но определенный интервал температур, снимают показани с вакуумметра и с пересчетных устройств или с осциллографа. Интервал температур, в котором на экране осциллографа или на табло пересчетного устройства наблюдаютс электромагнитные импульсы, интерпретируетс как интервгш образовани данного кристалла или минерала. Принципиальное отличие предлагаемого способа от известного заключаетс в том, что оптическа прозрачность минерала в этом случае не играет роли . В предлагаемом способе проблема получени генетической информации (определени температуры минералообразовани рассматриваетс с позиций физики минералов и физики твердого тела. Дефекты структуры реальных кристаллов или минералов, возникающие в момент их образовани , вл ютс результатом своеобрази условий генезиса, их отражением. Кристаллу с дефектной структурой присуще неравновесное значение свободной энергии (F). В течение геологического времени происходит электрическа компенсаци дефектов структуры минералов , в том числе и газово-жидких включений, вследствие миграции к макродефектам (вакуол м, порам, границам зерен, границам двойников ионов компенсаторов и вакансий, которые образуют центры и комплексы. При тепловом возбуждении кристалла моделируютс те температурные услови , при которых происходило его образование , а также образование Дефектов его структуры, в частности захват газово-жидких включений. Вследствие электрической раскомпенсацтии дефектов в результате гомогенизации и декрепитации включений, разрушени центров, диффузии ионов компенсаторов и вакансий в температурHCW интервалеминералообразовани в объеме образца либо возникает измен ющийс электрический момент, и, как следствие, генерируютс электромагнитные импульсы, либо при нагревании образца в электрическом поле фиксируютс аномальные изменени проводимости . Минерал путем, генерировани электромагнитных импульсов избавл етс от части избыточной свободной энергии, св занной с дефектами, захваченными при минералообразовании. Максимум интенсивности электромагнит ных импульсов фиксируетс при гомогенизации газово-жидких включений. На фиг.1-3 изображены гистограммы температу1жого изменени интенсивнос ти электромагнитных импульсов, интенсивности акустических импульсов, а также крива изменени давлени в вакуумной чейке в зависимости от газоотделени образца при его нагревании. На примере образцов кварца генера /ции, имеющих различные температуры образовани , проведены комплексные синхронные измерени интенсивности электромагнитных импульсов, акустических импульсов и изменени давлени в -вакуумной чейке при нагревании и охлс1ждении образцов до 700°С. Образцы кварца дл исследований были отоб раны из прожилков и жил наиболее известных стадий минерализации. Образец 1-К - кварц из кварцевого штока относитс к первой стадии минерал зации. Газово-жидкие включени дл . данной стадии гомогенизируютс в жидкую фазу в интервале температур 400-430С. Образец № 2 - К - кварц из рудной жилы относитс к второй ст дии минерализации и имеет температур гомогенизации включений 220-470°С. Образец 3-К - кварц из брекчии относитс к третьей стадии минерализации . Температурный интервал гомогени зации газово-жидких включений дл да ной стадии равн етс 230-400°С. Дл .определени температурного интервала .минералообразовани предлагаемым спо собом образец кварца в виде диска диаметром 1,5 см и толщиной О,3-0,4с помещаетс в вакуумную измерительную чейку специальной конструкции, кото ра позвол ет синхронно регистрировать электромагнитный и акустический сигналы, генерируемые образцом в процессе нагревани . Нагревание чей ки совместно с образцом производитс после достижени вакуума в ней 10 мм рт.ст. и осуществл етс с пос то нной скоростью Ю в минуту до 700°С. В процессе нагрева фиксируетс изменение давлени в вакуумной чейке, а также с помощью пересчетных приборов число электромагнитных и акустических импульсов за каждые . Результаты синхронных измерений интенсивности радиоволнрвых элек ромагнитных импульсов (),акустических импульсов ( Ид ) и давлени (Р) в вакуумной измерительной чейке при нагревании до 100°С образца квар ца из кварцевого штока представлены кл фиг.1. Гистограммы температурного изменени интенсивностей РЭМИ и АИ построены по результатам экспериментов на трех идентичных образцах. Электромагнитные импульсы зарегистри рованы в интервалах 270-460с и 530ЗЗО С , причем наибольшего значени величины интенсивности ЭМИ достигает при 4000с и 570°С (фиг.1,а). Данные температурные интер валы интерпретируютс соответственно как интервалы минералообразовани и о - р полиморфного превращени . Величина интенсивности РЭМИ в экстремальных точках , этих интервалов составл ет 320 имп/10 и 810 имп/Ю . В этих же интервалах наблюдаетс заметное снижение давлени в вакуумной чейке (фиг.1в. Интенсивность акустических импульсов достигает наибольшего значени при 410С и равн етс 108 имп/Ю (фигЛб). Аналогичным образом происходит температурное изменение интенсивностей РЭМИ и АИ, а также давлени в вакуумной измерительной чейке при тепловом возбуждении образцов кварца из кварцевой жилы (фиг.2 и из брекчии (фиг.З}. Максимального значени интенсивность РЭМИ дл исследованных генераций кварца достигает за 50-70° до температуры, при которой регистрируетс максимум АИ. Это объ сн етс тем, что начинающийс процесс гомогенизации обуславливает раскомпенсацию локализованного вокруг включений зар да , возникновение измен ющегос электрического момента и генерирование электромагнитных импульсов. К моменту разрыва включений максимум интенсивности АИ интенсивность РЭМИ снижаетс в несколько раз вследствие .релаксации зар да в процессе последующего нагревани образца кварца (фиг.2). Все экспериментальные данные по определению данным способом интервала минералообразовани приведены в таблице. Использование предлагаемого способа определени температур минералообраэовани обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества: а) определение температуры образовани оптически непрозрачных минералов; б) определение нар ду с температурой минералообразовани температуры полиморфного превращени , э) получение с пЪмощью электромагнитного сигнала информации о температурном интервале минералообразовани даже -в том случае, если газовожидкие включени настолько малы, что их нельз наблюдать визуально и в процессе своей дёкрепитации они могут не вызывать акустической эмиссии и заметного снижени давлени в вакуумной измерительной чейке; г) наблюдение электромагнитного сигнала в интервале образовани кристалла, даже если в нем вообще отсутствуют газово-жидкие включени и имеютс только биографические собственные и примесные точечные дефекты (вакансии, междоузельные ионы, центры ), образующиес при росте кристаллов в гидротермальн м процессе.The invention relates to a measurement technique and can be used to determine the temperature range of genesis (the formation of minerals accompanying ore mineralization, to determine the temperatures of the formation of artificial crystals when grown from hydrothermal solutions and to determine the temperatures of polymorphic transformations of minerals and artificial crystals when they are thermally excited. The known method of decrepitation (cracking) to determine the temperature range of formation of minerals and its Thermal and thermal vacuum types The thermal and acoustic method involves heating a mineral sample to the temperature of the decomposition (explosion) of gas-liquid inclusions. The temperature range of the decomposing activity is recorded in this case using acoustic sensors and is taken as the temperature interval of mineralization. The thermal vacuum method is based on as follows: the mineral sample is heated in vacuum to the gas-liquid decomposition temperature. Inclusion cracking and concomitant gas separation are fixed with a vacuum gauge to reduce pressure in the vacuum chamber. The temperature range in which a decrease in pressure is recorded is taken as the interval of formation of the mineral. The method of decrepitation and its variations, thermal and thermal vacuum, is widely used in modern practice of thermobarogeochemical studies. However, these methods are hardly reliable without simultaneous visual observation of the process of homogenization of inclusions preceding pechrepitation, since the temperature of prepreplication may exceed the temperature of mineralization by homogenization by 100-120. In addition, for many minerals, cracking is observed, independent of gas-liquid inclusions (due to dehydration, polymorphic transformations, redox reactions, thermoelastic stresses). Moreover, gas-vein inclusions in the studied mineral or crystal may be absent or be so small that they fix acoustic emission at their decrepitation. a decrease in pressure and, accordingly, determine the temperature of the minergy formation is not possible. The technical solution closest to the invention is the philosopher of determining the temperature of mineral formation and polymorphic transformations, which consists in heating the transparent mineral and recording the temperature of the phase mineral. The temperature of the disappearance of the gas phase (homogenization) of the gas-liquid inclusion is taken as the temperature standard of the mineral formation process 2 However, the known method for determining the mineral formation temperature does not allow one to observe the effect of homogenization of inclusions on opaque ore minerals, the establishment of the temperature of formation of which is most significant during separation of the process by temperature, corresponding to certain stages of mineralization. It should be noted that gas-liquid inclusions in the mineral sample under study may be completely absent or be so small that it is impossible to conduct a visual observation of their homogenization under a microscope and, therefore, to determine the temperature of mineral formation. The aim of the invention is to increase the reliability of the results of determining the temperature range of mineral formation and expansion of the field of application, namely, determining the temperature range of the polymorphic transformation, as well as obtaining information on the temperature range of mineralization using an electromagnetic signal, when gas-liquid inclusions are absent or so small that they cannot be observed visually and in the course of their decrep ation they can not cause noticeable acoustic emission and reducing the pressure in the vacuum measuring chamber. The goal is achieved by the fact that according to a well-known method, which consists in heating and recording the phase transition temperature of a sample with a thickness of 0.3-0.4 cm and a diameter of 1.5 cm, it is placed in a vacuum measuring chamber, the electromagnetic generated by the sample is heated and simultaneously recorded and acoustic signals and changes in pressure in the vacuum chamber, according to the temperature ranges of the occurrence of which determine the temperatures of mineral formation and polymorphic transformations. After the mineral sample is placed in the chamber, vacuum pumps are turned on and when a pressure in the chamber reaches 10 mm Hg. The sample is heated at a certain constant rate using an external furnace. Through an arbitrary but definite temperature range, readings are taken from the gauge and from the gauges or from the oscilloscope. The temperature interval in which electromagnetic pulses are observed on the oscilloscope screen or on the scaler display is interpreted as interval formation of a given crystal or mineral. The principal difference of the proposed method from the known one is that the optical transparency of the mineral in this case does not matter. In the proposed method, the problem of obtaining genetic information (determining the temperature of mineral formation is considered from the standpoint of the physics of minerals and solid state physics. Defects in the structure of real crystals or minerals arising at the time of their formation are the result of the originality of the genesis conditions and their reflection. A crystal with a defective structure is inherent in non-equilibrium the value of free energy (F). During geological time, there is an electrical compensation for defects in the structure of minerals, including e and gas-liquid inclusions, due to migration to macrodefects (vacuoles, pores, grain boundaries, twin boundaries of compensator ions and vacancies that form centers and complexes. During thermal excitation of a crystal, the temperature conditions under which it was formed, as well as the formation of Defects of its structure, in particular the trapping of gas-liquid inclusions, due to the electrical decomposition of defects as a result of the homogenization and decrepitation of inclusions, the destruction of centers, the diffusion of ions Sites and vacancies in the temperature of the HCW interval of mineralization in the sample volume, either a varying electrical moment occurs, and, as a result, electromagnetic pulses are generated, or when the sample is heated in an electric field, anomalous changes in conductivity are detected. The mineral, by generating electromagnetic impulses, disposes of some of the excess free energy associated with defects trapped during mineral formation. The maximum intensity of the electromagnetic pulses is fixed when the gas-liquid inclusions are homogenized. Figures 1-3 show histograms of the temporal variation of the intensity of electromagnetic pulses, the intensity of acoustic pulses, and the curve of the pressure change in the vacuum cell as a function of the gas separation of the sample when it is heated. Using the example of generation / quartz samples with different formation temperatures, complex simultaneous measurements of the intensity of electromagnetic pulses, acoustic pulses and pressure changes in the vacuum cell were carried out during heating and cooling of the samples to 700 ° C. Quartz samples for research were selected from veinlets and lived in the most well-known mineralization stages. Sample 1-К — quartz from a quartz rod belongs to the first stage of mineralization. Gas-liquid inclusions for This stage is homogenized in the liquid phase in the temperature range 400-430 ° C. Sample No. 2 - K - quartz from an ore vein belongs to the second stage of mineralization and has a temperature of homogenization of inclusions of 220-470 ° C. Sample 3-K - quartz from breccia refers to the third stage of mineralization. The temperature range for homogenizing gas-liquid inclusions for this stage is 230-400 ° C. In order to determine the temperature range of mineral formation by the proposed method, a quartz sample in the form of a disk with a diameter of 1.5 cm and thickness O, 3-0.4 s is placed in a vacuum measuring cell of a special design, which allows you to synchronously record the electromagnetic and acoustic signals generated by the sample in the process of heating. Heating of the ki together with the sample is performed after reaching a vacuum of 10 mm Hg in it. and carried out at a constant rate of R per minute up to 700 ° C. During the heating process, the change in pressure in the vacuum cell is recorded, as well as the number of electromagnetic and acoustic impulses for each with a recalculating instrument. The results of synchronous measurements of the intensity of radio-wave electromagnetic pulses (), acoustic pulses (Id) and pressure (P) in a vacuum measuring cell when heated to 100 ° C of a quartz sample from a quartz rod are shown in Fig.1. The histograms of the temperature change of the intensities of the REM and AI are based on the results of experiments on three identical samples. Electromagnetic pulses are registered in the intervals of 270-460 s and 530 Z3 S, with the maximum value of the intensity of the electromagnetic radiation reaching at 4000 s and 570 ° C (Fig. 1a). These temperature ranges are interpreted respectively as mineral formation intervals and o - p polymorphic transformations. The magnitude of the REMI at extreme points, these intervals is 320 imp / 10 and 810 imp / U. In these intervals, a noticeable decrease in pressure in the vacuum cell is observed (Fig. 1c. The intensity of the acoustic pulses reaches its highest value at 410 ° C and is 108 imp / I (FigLb). Similarly, the temperature change of the REMI and AI intensities, as well as the pressure in the vacuum the measuring cell under thermal excitation of quartz samples from a quartz core (Fig. 2 and breccia (Fig. 3}). The maximum REMI intensity for the studied quartz generations reaches 50-70 ° to the temperature at which This is due to the fact that the beginning of the homogenization process causes the uncoupling of the charge localized around the inclusions, the occurrence of a variable electric moment and the generation of electromagnetic pulses. By the time the inclusions break the maximum of the AI intensity, the REMI intensity decreases several times due to charge relaxation. in the process of subsequent heating of the quartz sample (Fig. 2). All experimental data on the determination by this method of the mineral formation interval Dena in the table. The use of the proposed method for determining the temperature of mineral formation provides the following advantages in comparison with the known methods: a) determination of the temperature of formation of optically non-transparent minerals; b) determining, along with the temperature of mineral formation, the temperature of polymorphic transformation, e) obtaining information on the temperature range of mineral formation with the use of an electromagnetic signal, even if gas-liquid inclusions are so small that they cannot be observed visually and in the process of their declaration they may not cause acoustic emission and a noticeable decrease in pressure in the vacuum measuring cell; d) observation of an electromagnetic signal in the crystal formation interval, even if it contains no gas-liquid inclusions at all and only biographical intrinsic and impurity point defects (vacancies, interstitial ions, centers) formed during the growth of crystals in the hydrothermal process.

toto

о о оLtd

о аabout a

(Л(L

I оI o

(О(ABOUT

оabout

1Л1L

гg

о гчabout hch

т It I

II

о mabout m

о о «тabout o "t

о гм тгabout um tg

оabout

т It I

1Л1L

оabout

II

оabout

о оoh oh

Ч H

II

о пabout p

Г1|G1 |

пP

SS

. X о а у а ч аха 1аФШ10 in q с; а с; а с а . X o and ya h aha 1aFSh10 in q with; a c; a c a

n,SO 4Ф1вОn, SO 4F1VO

: о: about

хакомк up)U hakomk up) u

ОABOUT

к лto l

«"

гg

Claims

1.Ermakov NP, Dolgov Yu.A. Thermobarogeochemistry. M., Nedra, 1979, p.101.

2. Ermakov N.P., Dolgov Yu.A. Thermobarogeochemistry, M., Nedra, 1979,

p.113 (prototype}.

G0

WO t SOO

FS / G.2