Семинар "Геохимия щелочных пород" 

школы "Щелочной магматизм Земли"-2008

Спектроскопическая модель люминесцентных свойств циркона для определения формационной принадлежности оруденения

Рассулов В.А.

ВИМС, Москва

Идентификация природных объектов является основной задачей геологии и прикладной геохимии. Разрабатываются новые приемы формационного расчленения гранитоидных интрузивных комплексов в связи с проблемой их рудоносности и определения металлогенической специализации (Ведяева, 2004; Ляхович, Ведяева, 2005; Борискин, 2006). Решение задачи идентификации формационного типа геологического объекта возможно на основе использования люминесцентных данных циркона. Одной из важнейших характеристик минерала, отражающей состав элементов-примесей люминогенов, является его спектр люминесценции. Интенсивность полос, связанных с индивидуальными люминогенами в спектре, может быть выражена количественно, а значит, является приемлемой информацией для математической обработки и возможно создание минералого-геохимической экспертной системы на основе нормированных интенсивностей полос оптически активных центров в спектре люминесценции с использованием вероятностностно-статистических методов (Нейлор, 1991; Ведяева, 2004).

Сравнением распределения значений интенсивностей характеристических полос в спектре люминесценции (ИЛ) минералов было доказано, что один и тот же минеральный вид имеет особенности состава в зависимости от того, к какому рудно-формационному типу оруденения он относится.

Проведено систематическое исследование спектров люминесценции с учетом кинетики затухания оптически активных центров цирконов кимберлитового и карбонатитового происхождения, а также из некоторых алмазоносных россыпей. Физико-химические особенности условий образования карбонатитов и кимберлитов должны определять и различия в спектрально-кинетических характеристиках люминесценции циркона из этих пород. Сопоставление люминесцентных данных по исследованной коллекции цирконов показывает, что образцы выделенных выше генетических типов характеризуются различной интегральной яркостью свечения и различными соотношениями полос Al-P-, Fe³⁺-, Dy³⁺-, Sm³⁺-центров.

Так, спектры люминесценции циркона из кимберлитов трубки Мир, характеризуемые самыми низкими содержаниями РЗЭ и максимальной интенсивностью центра Al-P; из карбонатитов линейных зон (Вишневые горы, Урал), в спектре которых интенсивность полосы Fe³⁺ становится едва заметной и цирконов кольцевых щелочно-ультраосновных карбонатитовых комплексов (Ковдор, Кольский п-ов), в спектре которых от более ранних к более поздним по времени образования образцов увеличивается интенсивность полос Fe³⁺, Dy³⁺ и становится значительней интенсивность полосы Sm³⁺.

Наглядно вариации люминесцентных данных представлены на рисунке в координатах логарифма интенсивностей Fe³⁺-, (Al-P)-центров в спектре люминесценции с задержкой регистрации после импульса лазера. На ней явно выделяется несколько зон, соответствующих объектам различных генетических типов. В цирконах из алмазоносных кимберлитов соотношение интенсивностей этих центров примерно одинаковы, с понижением алмазоносности возрастает интенсивность Fe³⁺-центра. Цирконы из карбонатитов линейных зон выделяются минимальным значением этого центра.

В координатах логарифма интенсивностей Sm³⁺-, Dy³⁺-центров четко выявляется увеличение интенсивности Sm³⁺- центров в цирконах от алмазоносных трубок к карбонатитовым из линейных зон и фиксируются высокие значения этого параметра в цирконах из карбонатитов кольцевых структур. Выполненные исследования подтвердили, что соотношение интенсивностей характеристических полос в спектре люминесценции циркона являются индикатором особенностей химического состава минерала и состояния его кристаллической структуры (типа изоморфных замещений в катионной и анионной подрешетках, степени дефектности и т.д.), которые отражают особенности процессов мантийно-корового минералообразования. Процессы мантийного кимберлитового минералообразования приводят к образованию цирконов с минимальными, как количеством, так и типами примесей, и в результате с максимальной интенсивностью люминесценцией в желтой области спектра обусловленной донорно-акцепторным центром примесного характера и рекомбинационным механизмом излучения, возникающего в результате электронных переходов между энергетическими уровнями в ионах Al³⁺ и P⁵⁺ изоморфно замещающих кремний. Формирование высокопримесных и высокодефектных цирконов связано с понижением температуры их кристаллизации и образованием из остаточных, высококонцентрированных расплавов.

Полученные данные позволяют заключить, что спектры люминесценции циркона, с учетом кинетики затухания оптически активных центров, можно уверенно использовать, как в качестве поискового критерия кимберлитов и карбонатитов, так и в качестве дополнительного минералогического критерия, повышающего достоверность научного прогноза наличия коренных месторождений алмаза в районах проявления кимберлитового магматизма.

На данном этапе автором созданы модели в виде компьютеризованной базы данных на основе программы управления базами данных ACCESS 2002 входящей в пакет Microsoft Office XP Professional.

Литература

Борискин В.П. Создание геолого-информационной аналитической системы // Минерально-сырьевая база РФ по твердым полезным ископаемым. Методические рекомендации. М.: ВИМС, 2006. 101 с.

Ведяева И.В. ГИС в экспертных геохимических системах. // Прикладная геохимия. Вып. 5 ╚Компьютерные технологии╩. М.: ИМГРЭ, 2004. С. 311-320.

Ляхович Т.Т., Ведяева И.В. Вероятностные минералого-геохимические модели для определения формационной принадлежности оруденения // В кн. Прикладная геохимия. Вып. 7. Минералогия, геохимия и генетические типы месторождений. Книга 1. М.: ИМГРЭ, 2005. С. 329-340.

Нейлор К. Как построить свою экспертную систему. М.: Энергоатомиздат, 1991, 286 с.