Введение к работе
Актуальность исследования. Исследование роли углеродистого вещества (УВ) в переносе, концентрировании и рассеянии рудных элементов относится к одной из актуальных проблем современной геологии. Еще В.И. Вернадский и А.П. Виноградов отмечали геохимическую роль живого вещества в эволюции Земли и рудообразовании. Тем не менее, представления А.Е. Ферсмана, А.Г. Бетехтина, С.С. Смирнова о магматическом генезисе рудных месторождений играли ведущую роль в разнообразных генетических моделях. После открытия месторождений золота в черносланцевых толщах к объяснению концентрирования металлов в них привлекаются стратиформная гипотеза или метаморфогенная, связанная с преобразованием черных сланцев. При этом остаются остро дискуссионными источник металлов и биогенный или абиогенный источник углерода ископаемых углеродистых соединений. В плане решения этих проблем исследование состава и эволюции УВ в геолопіческігх процессах и связей с ними рудных элементов являются актуальными.
Из-за присутствия в породах сложных смесей углеродистых соединений до сих пор не существует универсальной схемы их фракционирования. Исследование природных смесей УВ, способов их очистки, разделения, идентификации индивидуальных соединений и анализа в них рудных компонентов относятся к числу наиболее сложных в аналитической и органической химии.
Общей целью исследования являлось совершенствование существующих методик извлечения и анализа углеродистых веществ из пород осадочного, метаморфического и гидротермального генезиса, а также оценка роли углеродистых веществ в процессах перераспределения и концентрирования различных элементов.
При этом решались следующие основные задачи:
-
Поиск новых и усовершенствование существующих методических приемов извлечения и анализа углеродистого вещества.
-
Изучение элементного, группового, микроэлементного и изотопного состава УВ
-
Идентификация индивидуальных соединений углеродистого вещества в гидротермальных и метаморфических породах.
-
Сравнительный геохимический анализ изменения состава УВ в метаморфических и гидротермальных процессах, развивающихся по различному субстрату, такому как осадочные породы, базальтоиды, кимберлиты и руды.
Защищаемые положения:
1. Усовершенствована и оптимизирована схема извлечения и анализа углеродистого вещества горных пород. Экстракция УН из центральной, недробленной части образцов хлороформом «па холоду» и последующее выделение суммарной фракции полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) на микроколонке с обра-
щечной фазой Cjs элюенпит - ацетонитрилом сокращает время пробоподготов-ки, количество расходных материалов и значительно снижает потери искомых соединений, позволяя получить корректную информацию об их нашивном состоянии.
-
В метаморфических комплексах разных давлений с ростом температуры происходит однонаправленная деструкция УВ: графитоид переходит в трехмерно упорядоченный графит, увеличивается доля смол, легких фракций углеводородов и происходит высвобождение металлов, прочность связи которых с УВ определяется количеством серы в пели
-
В отличие от метаморфического процесса, углеродистое вещество гидротермальных минеральных ассоциаций из месторождений и пород осадочного чехла платформы формируется на фоне снижения температур и характеризуется признаками как поликонденсации абиогенного УВ (ПАУ), так и преобразования биогенного УВ (нормальные алканы, гопаны, нафтеновые углеводороды) микробного и растительного происхождения.
Научная новизна. Впервые по единой схеме изучен состав углеродистых веществ гидротермальных пород из диатрем осадочного чехла Сибирской платформы и метамор-физованных углеродистых веществ из зональных метаморфических комплексов ее складчатого обрамления в широком диапазоне изменения температур и давлений и показаны отличия в составе УВ различного генезиса. С помощью современных инструментальных методов органической химии (ВЭЖХ, ХМС) проведено разделение УВ на узкие фракции углеводородов, в которых идентифицированы маркеры абиогенного (ПАУ) и биогенного (нормальные алканы, гопаны, нафтеновые углеводороды) генезиса. Впервые доказано заимствование конкретных типов УВ из окружающих осадочных пород. Показано, что в кимберлитовых трубках растет доля эндогенных УВ, в осадочных породах и базальтоид-ных диатремах - доля УВ биогенного генезиса.
Практическая значимость заключается в накоплении информации по характеристике широкого спектра углеродистых веществ из разнообразных по составу, возрасту и генезису пород. Эти данные можно использовать при разработке стратегии полного вскрытия углеродсодержащих пород для определения благородных металлов и других рудных элементов. Они дают новый материал для оценки роли углеродистых соединений в процессах рудообразования. Усовершенствование многих этапов в схеме экстракции, фракционирования и анализа УВ может использоваться в работе аналитических лабораторий Результаты изучения УВ из базальтоидных, кимберлитовых диатрем и гидротермально измененных осадочных пород могут быть использованы в прогнозной оценке подобных месторождений, в том числе не вскрытых на поверхности. Полученные данные
могут служить основой для физико-химического моделирования процессов зарождения и трансформации УВ в геологических процессах.
Обьеюгы и методы исследования. Фактический материал, использованный в работе, представляет собой результаты многолетних аналитических исследований углеродистых соединений, проведенных автором для различных геологических объектов. Всего проанализировано 6 проб гидротермально измененных осадочных пород (материалы С.С. Красинца) и 7 проб гидротермалитов из базальтоидных и кимберлитовых диатрем Сибирской платформы (материалы А.Е. Воронцова); 17 проб из метапелитов хамардабанского и патомского метаморфических комплексов (материалы В.А. Макрыгиной); 3 - из сланцев вачской свиты Байкало-Патомского нагорья (материалы В.В. Коткина).
Методика исследований включает специальную пробоподтотовку и комплекс аналитических методов, описанных в Части 1. Аналитические и экспериментальные исследования большей частью выполнялись в лабораториях ИГХ СО РАН. Определение микроэлементов в РУВ проводилось Г.А. Балл во ВСНИИГиМС (Иркутск), а в НУВ - в ИГХ * СО РАН Л.Н. Одареевой. Углеводороды анализировались методом ХМС в ИОХ СО РАН (В.Ю. Витковский, Л.В. Клыба, Иркутск). Контроль за извлечением РУВ проводился методом ВЭЖХ в ЛИН СО РАН (Е.Д.Кирюхина, Иркутск). Изотопный анализ углерода выполнен Л А. Кодиной, ГЕОХИ РАН и Е.Д. Сынгаевскнм в ВИМС (Москва).
Терминологические пояснения н сокращения. По тексту работы встречаются ряд терминов, нуждающихся в пояснении. Под углеродистыми веществами (УВ) в рамках данной работы понимаются рассеянные в горных породах соединения, содержащие углерод и водород в качестве основных компонентов. Отдельные типы или специфические угяеродсодержащие соединения, находящиеся в разнообразных геологических обстановках носят название ископаемых молекул или маркеров - специфических органических соединений, по натичию которых (или величине их отношений) можно' сделать выводы об источнике углеродистого вещества в изучаемых образцах (Eglinton, Calvin, 1967).. В зависимости от подвижности или извлекасмости УВ разнообразными растворителями различают растворимое углеродистое вещество (РУВ), иначе именуемое битумоидон, а также нерастворимое углеродистое вещество (НУВ), иначе называемое кероге-ном.
При извлечении РУВ различными растворителями (хлороформом, спиртобензолом и ме-танолбензолом) получают, соответственно, хлороформный битумоид (ХБ), спиртобензолъный би-тумоид (СББ) иметанолбензольный битумоид (МББ).
По результатам группового анализа РУВ выделяют следующие фракции: углеводородов (Ув), в том числе полиииклических ароматических углеводородов (ПАУ), асфальтенов (Асф) и асфапътогеновых кислот (АК), бензольных (БС) и спиртобенюлъных смол (СБС).
Апробация. Результаты исследований докладывались на II Всесоюзном совещании по геохимии углерода (М, 1986), на Всероссийском совещании "Гранитоидные вулкано-плутоническне ассоциации", (Сыктывкар, 1997), на международной конференции "Проблемы генезиса магматических и метаморфических пород" - к 100-летию со дня рождения Н.А. Елисеева (С-Петербург, 1998), а также на научных семинарах в ИГХ СО РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ: 5 статей в центральной печати и 5 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложения общим объемом 171с, включая 76 страниц текста, 44 рисунка, 50 таблиц и список литературы из 158 наименований.
