Способ определения температур минералообразования и полиморфных превращений

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеслублик(23) Приоритет -Опубликовано 070882, Бюллетень Мо 29 151) М.Кл з С 01 Х 25/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 1008,82 С.Д. Заверткин, В.Н. Сальников, А.ф, Ко обеЗЩфЩЯЪ.",1и Ю.М. Страгис1 И ТН,фъ,.1 (1 ко Ф(72) Авторы изобретения Томский ордена Октябрьской Революции и ордена А Трудового Красного Знамени политехничесхий институт им.С.М.Кирова(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ ИПОЛИМОРФНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ 20 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения температурного интервала генезиса (образования) минералов, сопутствующих рудной минералиэации, для определения температур образования искусственных кристаллов при их выращивании из гидротермальных растворов и для определения темпе ратур полиморфных превращений минералови искусственных кристаллов при их тепловом возбуждении.Известен способ декрепитации ( растрескивания) для определения температурного интервала образования мине 15 ралов и его разновидности - термозвуковой и термовакуумный. Термозвуковой способ предполагает нагревание образца минерала до температуры декрепитации ( взрыва) гаэово-жидких включений. Температурный интервал декрепитационной активности фиксируется в этом случае с помощью акустических датчиков и принимается в качестве температурного интервала ми нералообразования. Термовакуумный способ основан на следующем: образец минерала нагревается в вакууме до температуры декрепитации газово-жидких включений. Растрескивание включе 30 ний и сопутствующее газоотделение фиксируются с помощью вакуумметра по снижению давления в вакуумной камере. Температурный интервал, в котором регистрируется снижение давления, принимается за интервал образования минерала. Способ декрепитации и его разновидности термозвуковой и термовакуумный широко используется в современной практике термобарогеохимических исследований 1 11.Однако данные способы малодостоверны без одновременного визуального наблюдения за процессом гомогенизации включений, предшествующим декре" питации, так как температура декрепи тации может превышать температуру, минералообаэования гомогенизации на 100-120Кроме того, для многих минералов отмечается растрескивание, независящее от газово-жидких включений (эа счет дегидратации, полиморфных превращений, окислительно-восстановительных реакций, термоупругих напряжений),Причем в исследуемом минерале или кристалле газово-жидкие включения могут отсутствовать или быть настолько малыми, что зафиксировать при их декрепитации акустическую эмиссию, 949445снижение давления и, соответственнб; определить температуру минералообра зования не представляется возможньи.Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения температур минералообра 5 зования и полиморфных превращений, заключающийся в нагревании прозрачного минерала и регистрации температуры фазового перехода. Температура исчезновения газовой фазы гомогениза- О ции) газово-жидкого включения принимается в качестве температурного эталона процесса образования минерала 21.Однако известный способ определения температуры минералообразования не позволяет наблюдать эффект гомогенизации включений на непрозрачных рудных минералах, установление температуры образования которых наиболее существенно при разделении процес 0 са рудоотложения по температурам,соответствующим определенным стадиямминерализации. НеобходиМо отметить,что газово-жидкие включения в исследуемом образце минерала могут вообще отсутствовать или быть настолько малы, что провести визуальное наблюдение их гомогениэации под микроскопом и, следовательно, определитьтемпературуминералообразования невозможно.30 Целью изобретения является повышение достоверности результатов определения температурного интервала образования минералов и расшире- З 5ния области применения, а именноопределение наряду с температурныминтервалом минералообразования температурного интервала полиморфногопревращения, а также получение с по мощью электромагнитного сигналаинформации о температурном интервалеминералообразования в тех случаях,когда газово-жидкие включения отсутствуют или настолько малы, что их 45 нельзя наблюдать визуально и в про" цессе своей декрепитации они могут не вызывать акустической эмиссии и заметного снижения давления в вакуумной измерительной камере.50Цель достигается тем, что согласно известному способу, который заключается 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 давления в вакуумной камерепо температурным интервалам появления которых определяют температуры минералообразования и полиморфных превращений. 45 После установления образца минерала в камеру включают вакуумные насосы и при достижении в камере давления 10 мм рт.ст, нагревают образец с определенной постоянной скоростью с помощью внешней .печи, Через произвольный, но определенный интервал температур, снимают показания с вакуумметра и с пересчетных устройств или с осциллографа. Интервал температур, в котором на экране осциллографа или на табло пере- счетного устройства наблюдаются электромагнитные импульсы, интерпретируется как интервал образования данного кристалла или минерала.Принципиальное отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что оптическая прозрачность минерала в этом случае не играет роли. В предлагаемом способе проблема получения генетической информации (определения температуры минералообразования) рассматривается с позиций Физики минералов и физики твердого тела. Дефекты структуры реальных кристаллов или минералов, возникающие в момент их образования, являются результатом своеобразия условий генезиса, их отражением. Кристаллу с дефектной структурой присуще неравновесное значение свободной энергии (Р). В течение геологического времени происходит электрическая компенсация дефектов структуры минералов, в том числе и газово-жидких включений, вследствие миграции к макродефектам вакуолям, порам, границам зерен, границам двойников ) ионов компенсаторов и вакансий, которые образуют центры и комплексы. При тепловом возбуждении кристалла моделируются те температурные условия, при которых происходило его образование, а также образование дефектов его структуры, в частности захват газово-жидких включений, Вследствие электрической раскомпенсации дефектов в результате гомогенизации н декрепитации включений, разрушения центров, диффузии ионов компенсаторов и вакансий в температурном интервалеминералообразования в объеме образца либо возникает изменяющийся электрический момент, и, как следствие, генерируются электромагнитные импульсы, либо при нагревании образца в электрическом поле фиксируются аномальные изменения проводимости, Минерал путем. генерирования электромагнитных импульсов избавляется от части избыточной свободной энергии, связанной с дефектами, захваченными при минералообразовании. Максимум интенсивности электромагнит ных импульсов фиксируется при гомогениэации газово-жидких включений.На фиг,1-3 изображены гистограммы при 400 ОС и 570 С ( фиг.1,а). Данные темпе атурного изменения интенсивнос- температурные интервалы интерпретити электромагнитных импульсов, инРруются соответственно как интерва ыю Л тенсивности акустических импульсов, минералообразования и а -полиморфа также кривая изменения давления ного превращения. Величина интенсивв вакуумной ячейке в зависимости 5 ности РЭМИ в экстремальных точкахот газоотделения образца при его этих интервалов составляет 320 имп//10и 810 имп/10 , В этих же интервалахнаблюдается заметное снижение давлеНа примере образцов кварца генера- ния в вакуумной ячейке (фиг,1 в). Ин / фции имеющих различные температуры 10 тенсивность акустических импульсов образования, проведены комплексные достигает наибольшего значения при синхронные измерения интенсивности410 С и равняется 108 имп/10 фиг.1 б), электромагнитных импульсов, акусти- Аналогичным образом происходит темческих импульсов и изменения давления пературное изменение интенсивностей в вакуумной ячейке при нагревании и 5 РЭМИ и АИ, а также давления в вакуум- охлаждении образцов до 700 фС. Образ- ной измерительной ячейке при тепловом цы кварца для исследований были отоб- возбуждении образцов кварца из кварраны из прожилков и жил наиболее из- цевой жилы фиг.2 ) и из брекчии вестных стадий минерализации. Обра- (фиг.З), Максимального значения интензец 91-К - кварц из кварцевого штосивность РЭМИ для исследованных генв 20 1о ка относится к первой стадии минерали- раций кварца достигает за 50-70 до зации. Газово-жидкие включения для, температуры, при которой регистрирует- данной стадии гомогенизируются в ся максимум АИ. Это объясняется тем, жидкую фазу в интервале температур что начинающийся процесс гомогениза-430 С. Образец Р 2 - К - кварц ции обуславливает раскомпенсацию из рудной жилы относится к второй ста локализованного вокруг включений за 25дии минерализации и имеет температуру ряда, возникновение изменяющегося гомогенизации включений 220-470 С, электрического момента и генерироОбразец Р 3-К - кварц из брекчии от- ванне электромагнитных импульсов. носится к третьей стадии минерализа- К моменту разрыва включений максимум ции. Температурный интервал гомогени- интенсивности АИ интенсивность РЭМИЗОэации газово-жидких включений для дан- снижается в несколько раз вследстной стадии равняется 230-400 С. Для вие релаксации заряда в процессе по- .опРеДелениЯ темпеРатУРного интеРвала следующего нагревания образца кварца ,минералообразования предлагаемым спо- (фиг.2). Все экспериментальные дансобом образец кварца в виде диска 35 ные по определению данным способом диаметром 1,5 см и толщиной 0,3-0,4 см интервала минералообразования приве" помещается в вакуумную измерительную дены в таблице. ячейку специальной конструкции, которая позволяет синхронно регистриро- Использование предлагаемого спосовать электромагнитный и акустический 40 ба определения температур минералосигналы, генерируемые образцом в образования обеспечивает по сравнению процессе нагревания. Нагревание ячей- с известными способами следующие преки совместно с образцом производит- имущества: а) определение температуры ся после достижения вакуума в ней образования оптически непрозрачных 10 мм рт.ст. и осуществляется с пос 45 минералов; б) определение наряду тоянной скоростью 10 в минуту до с температурой минералообразования 700 С, В процессе нагрева фиксирует- температуры полиморфного превращеся изменение давления в вакуумной . ния; в) получение с помощью электро- ячейке, а также с помощью пересчет- магнитного сигнала информации о темных приборов число электромагнитных пературном интервале минералообразои акустических импульсов за каждые50вания даже в том случае, если газово С. Результаты синхронных измере- жидкие включения настолько малы, что ний интенсивности радиоволновых элект-, их нельзя наблюдать визуально и в ромагнитных импульсов (и ),акусти- процессе своей декрепитации они могут ческих импульсов ( И ) и давленияРЭМИне вызывать акустической эмиссии и за- ( Р) в вакуумной измерительной ячейке 55 метного снижения давления в вакуумнойАипри нагревании до 700 С образца квар- измерительной ячейке; г) наблюдение ца из кварцевого штока представлены электромагнитного сигнала в интервале на фиг,1. Гистограммы температурного образования кристалла, даже если изменения интенсивностей РЭМИ и АИ в нем вообще отсутствуют газово-жидпостроены по результатам эксперимен кие включения и имеются только биотов на трех идентичных образцах. графические собственные и примесные Электромагнитные импульсы зарегистри- точечные дефекты (вакансии, междо" рованы в интервалах 270-460 С и 530- узельные ионы, центры ), р уо) об аз ющиеся 590 С, причем наибольшего значения при росте кристаллов в гидротермальвеличины интенсивности ЭМИ достигает 65 ном процессе.: оф Р 2 2а фццао ахоо хаюо В М м а о ф н И 63 Ю 1йб 1Йхфх%яоащ фрсэ ао1:о ахехяэохо: х ас о а хсханонц бйчй щ о а 3рффф а)ь адоах х ох с .3 1 ъ З Ос Р Р, с,- п 3 Ф а а диаело с О 1 О Я Ос ЗЗ фаг Ох :рмахов ахс щоф фяа-ффа хоохц 1 о949445 Формула изобретения Патент",ул,Проектная Филиал ПП г. Ужгоро Способ определения температур минералообразования и полиморфных пре вращений путем нагревания образца и регистрации температуры фазового 5 перехода, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности и расширения области применения способа, образец нагревают в вакуумной камере и одновременно ре гистрируют генерируемые образцом электромагнитный и акустический сигналы и изменение давления в вакуумной камере, по температурным интервалам появления которых определяют температуры минералообразования и полиморфных превращений.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Ермаков Н.П., Долгов Ю,А. Термобарогеохимия. М., "Недра", 1979, с.101.2, Ермаков Н.ПДолгов Ю.А. Термобарогеохимия, М "Недра", 1979, с.113(прототип ).Ъф ВНИИПИ Заказ 5734/29Тираж 887 Подписное