Минералогия и парагенезис юшкинита тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.05, кандидат геолого-минералогических наук Ковальчук, Наталья Сергеевна

• Ковальчук, Наталья Сергеевна
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Ковальчук, Наталья Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОТЧЕРК ПО МИНЕРАЛОГИИ 8 СИЛОВСКОГО РАЙОНА

1.1. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ И ИЗУЧЕНИЯ ЮШКИНИТА

1.2. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕННОСТИ МИНЕРАЛОГИИ 15 СИЛОВСКОГО РАЙОНА

Глава 2. ОСОБЕННОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ 21 СИЛОВСКОГО РАЙОНА

2.1. ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 21 СИЛОВСКОГО РАЙОНА

2.2. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ 32 ЮШКИНИТА

Глава 3. НОВЫЕ ДАННЫЕ О СОСТАВЕ И СВОЙСТВАХ 55 ЮШКИНИТА

3.1. СОСТАВ ЮШКИНИТА

3.2. ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЮШКИНИТА

Глава 4. ПАРАСТЕРЕЗИС И ГЕНЕЗИС ЮШКИНИТА

4.1. МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ АССОЦИАЦИЯ ЮШКИНИТА

4.2. СОСТАВ ФЛЮИДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В МИНЕРАЛАХ 88 ЮШКИНИТОВОГО ПАРАГЕНЕЗИСА

4.3. ОЦЕНКА ТЕМПЕРАТУР ОБРАЗОВАНИЯ ЮШКИНИТО- 90 ВОГО ПАРАГЕНЕЗИСА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Минералогия и парагенезис юшкинита»

Актуальность работы. В 1984 году в Институте геологии Коми НЦ УрО РАН А.Б. Макеевым открыт новый минерал - юшкинит. Минерал имеет локальное распространение в кварц-кальцитовых гидротермально-метасоматических жилах среди известняков серпуховского яруса нижнекаменноугольных отложений. В настоящее время юшкинитовая минерализация известна в единственном месте - на Пайхойском антиклинории в среднем течении реки Силоваяха. Хотя минерал был охарактеризован на высоком профессиональном уровне, обеспечивающем официальное утверждение, по прошествии двадцати лет после первого описания минерала технические возможности минералогических исследований заметно улучшились, поэтому появились возможности на более высоком уровне описать некоторые свойства юшкинита. В настоящее время он относится к разряду недостаточно полно изученных минералов.

Наши исследования были направлены на получение новых сведений о составе и свойствах юшкинита и минералов, находящихся в парагенетической ассоциации с ним, современными методами.

Цель работы состояла в том, чтобы на основе комплексного изучения парастерезиса юшкинита построить генетический ряд последовательности образования входящих в него минераллов, выяснить причины и условия кристаллизации юшкинита.

Задачи исследований:

- детальное изучение геологической обстановки локализации и формирования юшкинита, установление зон юшкинитовой минерализации, выяснение особенностей и закономерностей распространения юшкинита, документация и опробование;

- исследование морфологии и онтогении индивидов и агрегатов юшкинита;

- комплексное изучение состава и свойств юшкинита современными методами (состав микропримесей, спектроскопия);

- полная характеристика парастерической ассоциации;

- изучение особенностей срастаний и взаимоотношений агрегатов юшкинита с другими минералами;

- проведения термобарогеохимических исследований включений в жильных и рудных минералах в прозрачных препаратах;

- установление физико-химических и термодинамических параметров кристаллизации юшкинита.

Научная новизна работы. Работа является исследованием парагенетической ассоциации юшкинита спустя двадцать лет после его открытия, первого исследования и описания А.Б. Макеевым и др. В результате исследований уточнены химический состав и некоторые свойства юшкинита, на современных приборах получены термограмма минерала, новый инфракрасный и рамановские спектры, которые теперь можно использовать в диагностических целях. Наряду с устойчивыми соотношениями компонентов в юшкините, отвечающими ранее выведенной формуле - Vi.xS-n[(Mg, А1)(ОН)2], выявлены разности со значимыми вариациями соотношений между ванадием и серой, а также между сульфидной и бруситовой компонентами. Обнаружены составы со значительными отклонениями от соотношений, выявленных ранее. Содержание оксида кальция в микрозондовых анализах варьирует от следов до 14.98 мае. %. Новые исследования минерального парастерезиса юшкинита позволили в четыре раза расширить список входящих в него минералов: к известным ранее - юшкиниту, кадмиевому сфалериту, флюориту, сульваниту, кварцу, кальциту, мы добавили еще восемнадцать: барит, доломит, смитсонит, три гипергенных кальций-цинк-кадмиевых карбоната, шесть самородных металлов и сплавов: Ni, Fe, Fe4Ni, NisFe, (Ni,Zn,Cu), (Ni,Cu,Zn), амезит, патронит, азурит, малахит, ванадиевые охры и битум. Три карбонатные фазы (Zn0.75Cd0.25)CO3, (Zno.5oCao.25Cdo.25)C03 и (Cao.5oCdo.25Zno.25)C03 после всесторонних детальных исследований могут претендовать на представление их в качестве новых минеральных фаз.

Минералы данного парастерезиса образовались в три стадии: вулканогенно-осадочную, гидротермально-метасоматическую и гипергенную. Юшкинитовая минеральная ассоциация, состоящая из карбонатов, сульфидов, самородных металлов, битума и др., свидетельствует о том, что главная гидротермально-метасоматическая стадия минералообразования протекала при низкой температуре в восстановительной и щелочной среде. На основании электронно-микроскопических наблюдений и анализов минералов предлагается новая схема реакции природного синтеза юшкинита:

VS2 (патронит) + хлорит (амезит) + флюид Vi.xS-n[(Mg, А1)(ОН)2] (юшкинит) + SiC^.

Оценены некоторые параметры среды минералообразования.

Практическое значение работы. Впервые получены термографические данные, инфракрасные и рамановские диагностические спектры юшкинита, которые могут использоваться как справочные данные, а сам минерал и его парагенезис как чрезвычайно редкий коллекционный материал.

Основные защищаемые положения:

1. Наряду с устойчивыми соотношениями компонентов в юшкините, отвечающими формуле - V|.xS-n[(Mg, А1)(ОН)2], выявлены значимые вариации соотношений между ванадием и серой, а также между сульфидной [VixS] и бруситовой [(Mg, А1)(ОН)2] компонентами. Выявлена кальциевая разновидность юшкинита с содержанием почти 15 % СаО

Vo.84S-2.57[Mgo.5oCao.25Alo.25(OH)2].

2. Минеральный парастерезис юшкинита состоит из двадцати четырех минеральных фаз. К шести известным ранее - юшкиниту, кадмиевому сфалериту, флюориту, сульваниту, кварцу и кальциту - добавились еще восемнадцать: барит, доломит, смитсонит, шесть самородных металлов и сплавов (Ni, Fe, Fe4Ni, Ni5Fe, (Ni,Zn,Cu), (Ni,Cu,Zn)), хлорит (амезит), патронит, азурит, малахит, ванадиевые охры и битум и три новые карбонатные фазы (Zno.75Cdo.25)C03, (Zn0.5oCao.25Cdo.25)C03, (Cao.5oCdo.25Zno.25)C03.

3. Минералы юшкинитового парастерезиса образовались в три стадии: вулканогенно-осадочную, гидротермально-метасоматическую и гипергенную. Главная (юшкинитовая) гидротермально-метасоматическая стадия минералообразования протекала при низкой температуре в восстановительной и щелочной среде.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положены исследования автора, выполненные в Институте геологии Коми НЦ УрО РАН в период с 2002 по 2007 гг. В работе использован каменный материал, отобранный лично автором во время экспедиционных работ в 2002 году и включающий свыше 100 образцов кварц-кальцитовых жил, вмещающих юшкинит и известняков нижнекаменноугольных отложений из скальных выходов р. Силоваяха (Пай-Хой).

При исследованиях, кроме полевого описания, использовался комплекс лабораторных методов (в скобках количество проведённых анализов): оптическая (44 шлифа, 10 аншлифов), сканирующая электронная (71) микроскопии, рентгеноструктурный (10), ИК-спектроскопический (2), Q фотолюминисцентный (3) и изотопный 5 Скарб и 5 Окарб (Ю) анализы. Химический состав вещества изучался фазовым карбонатным (13), силикатным рентгено-флуоресцентным (63), микрозондовым (86), эмиссионным спектральным, определение Ва и Sr (30), и полуколичественным спектральным (13) анализами. Изучены 6 прозрачных полированных пластинок кварц-кальцитовых жил, проведено 39 экспериментов по изучению температур гомогенизации газово-жидких включений в кварце и кальците. Эти аналитические работы выполнены в Институте геологии Коми научного центра УрО РАН. Термический ДТА и ДТГ анализ (2) выполнен в Институте химии Коми научного центра УрО РАН. А также, впервые для юшкинита проведена рамановская спектроскопия (4) на приборе RENISHAW в Институте геологии Китайской академии геологических наук (КНР).

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы были представлены на различных научных совещаниях и конференциях: XI, XIV научной конференции "Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента" (Сыктывкар, 2002, 2005); XIV научной конференции, посвященной памяти К.О. Кратца "Геология и геоэкология Северо-Запада России" (Петрозаводск, 2003); IV Международном минералогическом семинаре "Теория, история, философия и практика минералогии" (Сыктывкар, 2006); XVII Коми республиканской научной конференции студентов и аспирантов "Человек и окружающая среда" (Сыктывкар, 2007); научно-практической конференции "Изучение, сохранение и использование объектов геологического наследия Северных регионов (Республика Коми)" (Сыктывкар, 2007) и доклады на Сыктывкарском отделении Всероссийского минералогическом общества (2007 г.).

Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в одной монографии и 8 статьях, в том числе одна - в ЗРМО.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 105 страниц текста, 50 рисунков, 12 таблиц и список литературы (55 наименований).

Заключение диссертации по теме «Минералогия, кристаллография», Ковальчук, Наталья Сергеевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате исследований уточнены химический состав и некоторые свойства юшкинита, на современных приборах получены термограмма минерала, новые рамановский и инфракрасный спектры, которые теперь можно использовать в диагностических целях:

2. Наряду с устойчивыми соотношениями компонентов в юшкините, отвечающими формуле - Vi.xS-n[(Mg, А1)(ОН)2], выявлены разности со значимыми вариациями соотношений между ванадием и серой, а также между сульфидной [Vi.xS] и бруситовой [(Mg, А1)(ОН)2] компонентами. Обнаружены составы со значительными отклонениями от выявленных ранее соотношений. Содержание оксида кальция в юшкините варьирует от следов до 15 мае. %. Такое содержание СаО, сопоставимое с содержанием главных компонентов, может свидетельствовать либо о наличии еще одной минеральной фазы, либо о новой кальциевой разновидности юшкинита. В настоящее время мы придерживаемся версии существования кальциевой разновидности юшкинита. Однако для окончательного решения этого вопроса потребуется детальная дополнительная проработка.

3. Проведенные новые исследования минерального парастерезиса юшкинита позволили в четыре раза расширить список входящих в него минералов. К шести уже известным минералам - юшкиниту, кадмиевому сфалериту, флюориту, сульваниту, кварцу и кальциту - добавились еще восемнадцать: барит, доломит, смитсонит, три гипергенных кальций-цинк-кадмиевых карбоната, шесть самородных металлов и сплавов, хлорит (амезит), патронит, азурит, малахит, ванадиевые охры и битум. Три карбонатные фазы (Zno.75Cdo.25)C03, (Zn0.50Ca0.25Cd0.25)CO3 и (Cao.5oCdo.25Zno.25)C03 после всесторонних детальных исследований могут претендовать на представление их в качестве новых минеральных фаз.

4. По структурным взаимоотношениям минералов установлена последовательность образования минеральных фаз (табл. 4.5). Минералы данного парастерезиса образовались в три стадии: вулканогенно-осадочную, гидротермально-метасоматическую и гипергенную. Юшкинитовая минеральная ассоциация, состоящая из карбонатов, сульфидов, самородных металлов, битума и др., свидетельствует о том, что главная гидротермально-метасоматическая стадия минералообразования протекала в восстановительной и щелочной среде при температуре близкой к 200°С. На основании электронно-микроскопических наблюдений и анализов минералов предлагается новая схема реакции природного синтеза юшкинита: VS2 (патронит) + хлорит (амезит) + флюид -» V|xS-n[(Mg, А1)(ОН)2] (юшкинит) + Si02.

5. Место находки юшкинита на Пайхойском антиклинории - участок долины реки Силоваяха, названный Юшкинитовым ущельем является пока единственным на Земле. В связи с этим нам представляется целесообразным включить его в реестр охраняемых геологических памятников с ограниченным отбором коллекционного материала. Реальные «ресурсы» кондиционного сырья с юшкинитовым парагенезисом могут составлять всего несколько тонн, а самого минерала юшкинита могло образоваться только несколько килограммов. Статус охраняемого геологического памятника предлагается присвоить территории Юшкинитового ущелья (см. схему рис. 2.14) длиной 500 м по обоим берегам реки Силоваяха, начиная от места в 150 м выше впадения притока Силова-Мусюршор и далее вверх по реке Силоваяха.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Ковальчук, Наталья Сергеевна, 2007 год

1. Галимов Э.М. Геохимия стабильных изотопов углерода. М-.' Недра, 1968. 167 с.

2. Изотопная геология / Под редакцией Э. Йегера, Й. Хунцикера М.: Недра, 1984.

3. Карбонатные породы / Под редакцией Дж. Чилингара, Г. Бисселла и Р. Фэйрбриджа. Том II. М.: Мир, 1971. С. 141-153.

4. Ковальчук Н.С. Геологические условия локализации юшкинита // Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента: Информационные материалы 11-й научной конференции. Сыктывкар: Геопринт, 2002. С. 69-70.

5. Ковальчук Н.С. Проявление юшкинита уникальный минералогический памятник // Человек и окружающая среда: Материалы XVII Коми республиканской научной конференции студентов и аспирантов. Сыктывкар, 2007. С. 223-224.

6. Ковальчук Н. С., Макеев А. Б. Парастерезис юшкинита // Теория, история, философия и практика минералогии: Материалы IV Международного минералогического семинара. Сыктывкар: Геопринт, 2006. С. 153-156.

7. Ковальчук Н. С., Макеев А. Б. Типоморфизм и парастерезис юшкинита (Пайхойский антиклинорий) //ЗРМО, Ч. 136, № 5, 2007. С. 1-21.

8. Лысюк А.Ю., Мокеева (Ковальчук) Н.С. Юшкинит удивительный гибрид минерального мира // Сыктывкар: Геопринт, Вестник Института геологии, № 9. 2002. С. 15-19.

9. Макеев А. Б., Ковальчук Н. С. Юшкинит, Vi.xS-n(Mg,Al)(OH)2. Сыктывкар: Геопринт, 2006. 70 с.

10. Макеев А.Б. Типоморфизм и генезис сфалерита Североуральско-Южноново-земельского региона. Автореф. дис. канд. геол-мин. наук. М.: МГУ. 1979. 26 с.

11. Макеев А.Б. Изоморфизм марганца и кадмия в сфалерите. Л.: Наука, 1985. 128 с.

12. Макеев А.Б., Евстигнеева Т.Л., Тронева Н.В., Горшков А., Трубкин Н.В. Юшкинит, V1.xS-n(Mg,Al)(OH)2. новый гибридный минерал // Минералогический журнал, Киев, 1984. Т. 6. № 3. С. 91-97.

13. Макеев А.Б., Павлов Л.П. Новая кадмиевая разновидность сфалерита // Докл. АНСССР, 1977, Т. 236. № 1. с. 208-211.

14. Органова Н.И. Дифракционное изучение гибридных минералов с сульфидной компонентой: Автореф. дис. канд. геол-мин. наук. М., 1972. 17 с.

15. Органова Н.И. Кристаллохимия несоразмерных и модулированных емешаноелойных минералов. М.: Наука, 1989. 143 с.

16. Органова Н.И., Генкин А.Д., Дмитрик A.JI. и др. О структурных особенностях иизоморфизме минералов группы валлериита // Изоморфизм в минералах. М.:Наука, 1975, С. 150-162.

17. Тимонин Н.И., Беляев А.А. Характер контактов пермских и каменноугольных отложений на Северо-Востоке Печерской плиты. Научные доклады РАН УрО КНЦ. Сыктывкар, 2002. Вып. 443. 52 с.

18. Тимонин Н.И., Юдин В.В. Тектоника Пай-Хоя. Научные доклады РАН УрО КНЦ. Сыктывкар, 1999. Вып. 418. 35 с.

19. Тимонин Н.И., Юдин В.В., Беляев А.А. Палеогеодинамика Пай-Хоя. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 225 с.

20. Ткачев Ю.А., Пунегов А.И. Разделение смеси распределений на две нормальные компоненты. Сыктывкар: Препринт, 1986. 31 с.

21. Фишман A.M. Самоцветы севера Урала и Тимана. Сыктывкар: Геопринт, 2006. 176 с.

22. Хёфс Й. Геохимия стабильных изотопов. М.: Мир, 1983. 198 с.

23. Хорошилова JT.A., Янулов К.П. Кристаллохимические особенности арсеносульванита и германита // Геология и полезные ископаемые Европейского Северо-Востока СССР. Сыктывкар, 1983. С. 55. (Тр. Ин-та геологии Коми филиала АН СССР. Вып.44.)

24. Хорошилова (Янулова) JI.A. Кристаллохимия и морфология минералов группы колусита и их структурных аналогов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. г.-м. наук. Свердловск, 1987. 20 с.

25. Юдович Я.Э., Беляев А.А., Кетрис МЛ. Геохимия и рудогенез черных сланцев Пай-Хоя. Спб.: Наука, 1998. 364 с.

26. Юдович Я.Э., Кетрис МЛ. Марганцевые карбонатные руды на Пай-Хое //Доклады АН СССР, 1981. Т. 257. № 4. С. 988-991.

27. Юшкин Н.П. Наука: труд, поиск, жизнь. Екатеринбург УрО РАН, 2006. 463 с.

28. Юшкин Н.П. Новая кадмиевая разновидность тетраэдрита // Доклады АН СССР, 1978 а. Т. 242. № 2. С. 426-429.

29. Юшкин Н.П. Гидротермальная минерализация Пай-Хой-Вайгач-Новоземельской складчатой зоны // Магматизм и металлогения Северо-Востока Европейской части СССР и Севера Урала. Сыктывкар, 1978 б. С. 41-47. (Тр. Ин-та геологии Коми филиала АН СССР. Вып. 25).

30. Юшкин Н.П. Барит и целестин Пайхойско-Южноновоземельской провинции (месторождения, минералогия, перспективы). Сыктывкар, 1978 в. 48 с. (Сер. "Науч. Рекоменд. нар. Хоз-ву"; Вып. 13).

31. Юшкин Н.П. Опыт среднемасштабной топоминералогии: Пайхойско-Южноновоземельская минералогическая провинция. JL: Наука, 1980. 376 с.

32. Юшкин Н.П. Топоминералогия. М.: Недра, 1982 а. 288 с.

33. Юшкин Н.П. Кристаллография кадмиевого вюрцита-2Н с Новой Земли // Кристаллогенезис. Сыктывкар, 1982 б. С. 51-57. (Тр. Ин-та геологии Коми филиала АН СССР. Вып. 39).

34. Юшкин Н.П., Брызгалов И.А., Янулов К.П. Минералогия и физические свойства сульванита // Минералы и парагенезисы минералов гидротермальных месторождений. JL: Наука, 1974. С. 76-93.

35. Юшкин Н.П., Давыдов В.П., Остащенко Б.А. Магматические образования Центрального Пай-Хоя и их металлогенические особенности // Вопросы петрографии севера Урала и Тимана. Сыктывкар, 1972. С. 3-34. (Тр. Ин-та геологии Коми филиала АН СССР. Вып. 17).

36. Юшкин Н.П., Еремин Н.И., Хорошилова Л.А. Новая марганцовистая разновидность сфалерита // ДАН СССР, 1974. Т. 216. № 5. С. 1138-1141.

37. Юшкин Н.П., Кунц А.Ф., Таранина Т.Н. Бариты Уральско-Пайхойской провинции. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 337 с.

38. Юшкин Н.П., Макеев А.Б. Типоморфизм и топоминералогия сфалерита Пайхойско-Новоземельской провинции // Тезисы докладов XI съезда Международной минералогической ассоциации. Новосибирск, 1978 а. Т. 1. С. 98-99.

39. Юшкин Н.П., Макеев А.Б. Мышьяковые минералы Пайхойско-Южноновоземельской провинции // Геология и полезные ископаемые Северо-Востока Европейской части СССР. Сыктывкар, 1978 б. С. 79-84. (Тр. Ин-та геологии Коми филиала АН СССР. Вып. 27).

40. Юшкин Н.П., Макеев А.Б. Типоморфизм сфалерита Пайхойско-Новоземельской провинции // Научные основы и практическое использование типоморфизма минералов. М., 1980. С. 245-255. (Материалы XI съезда ММА).

41. Юшкин Н.П., Маслов М.А., Микляев А.С. Минералогия и генезис пайхойского вавеллита// Зап. Всесоюз. минерал, о-ва. 1978. Ч. 107. Вып. 4. С. 398-406.

42. Юшкин Н.П., Ромашкин Ю.Н., Маркова Г.А. Уральско-Новоземельской флюоритовая провинция. Л.: Наука, 1982. 220 с.

43. Юшкин Н.П., Фишман М.В. Проблемы металлогении Европейского Северо-Востока. Сыктывкар: Коми ФАН СССР, 1980. 29 с. (Сер. препр. "Науч. докл."; Вып. 57).

44. Юшкин Н.П., Янулов К.П., Хорошилова Л. А., Баширова Н.Ф. Минералогия и типоморфизм сфалерита из рудных месторождений Пай-Хоя // Магматизм, метаморфизм и металлогения Севера Урала и Пай-Хоя: Тез. совещ. Сыктывкар, 1972. С. 84-86.

45. Юшкин Н.П., Янулов К.П., Хорошилова J7.A. О морфологии и структуре кристаллов сульванита из месторождений Пай-Хоя // Тезисы докладов V Межведомственного совещания по рентгенографии минерального сырья. Киев, 1972. С. 51-52.

46. Evans H.T., Allmann R. The crystal structure and crystallochemistry of valleriite // Z. Kristallogr., 1968, 127, P. 73-93.

47. Moelo Y., Rouer O., Cario L. and Cervelle B. Re-examination of yushkinite: chemical composition, optical properties and interlayer charge transfer // Mineralogical Magazine, 1999. Vol. 63(6). P. 879-889.

48. Potter R.V. Pressure correction for fluid-inclusion homogenization temperatures, based on the volumetric properties of the systerm NaCl-H20. U.S. Geol. Survey I, 1977. Res., 5. P. 603-607.1. Фондовые:

49. Юшкин Н.П., Макеев А.Б. Силовский минералогический район на Пай-Хое новый перспективный район для добычи и поисков коллекционного поделочного сырья // Докладная записка. Фонды КНЦ УрО РАН. Сыктывкар, 1978ф. 19 с.