Введение к работе
... _
т Актуальность темы диссертации. Вопрос о составе и строении верхней мантии Земли относится к одному из важнейших в геологии и геохимии. Наблюдаемые на поверхности геологические явления - тектонические, метаморфические, магматические и т.п. - являются следствием и отражением процессов, протекающих в глубинных зонах Земли. Единственную возможность непосредтвенного исследования вещества мантии дают породы мантии, в частности, ксенолиты, выносимые лавами на земную поверхность. "оэтому они заслуживают особого внимания и подвергаются самому тщательному изучению. В настоящее время для этих целей широко используются данные геохимии редких элементов, что способствует повышению достоверности научных выводов о закономерностях распределения. Фракционирования и миграции вещества верхней мантии Земли в процессе ее эволюции. Однако сфера применимости индикаторных свойств редких элементов в значительной мере ограничивается возможностями используемых методов анализа. По сравнению с традиционно используемыми атомно-эмнсси-онным и химическими методами неятронно-активационный метод (НАА) является одним из наиболее перспективных при анализе ультраосновных пород и мантипных включения в особенности. Это связано с низкими пределами обнаружения элементов, достаточно выеокоя точностью, широким диапазоном определяемых содержании, возможностью проведения анализа без разложения проб, способностью определять наиболее информативные группы элементов - в частности редкоземельные (РЗЭ1. сидерофильные и др. В предлагаемой работе результаты исследования нодулея шпинелввых лерцолнтов базировались на данных о химическом составе, полученных методом оптимизированного инструментального неятронно-активационного анализа.
Цель и задачи исследования. Основная цель диссертационной работы состоит в получении надежных данных о кикросоставэ мантипных нодулея. в исследовании распределения, фракционирования и миграции редкоземельных и других редких элементов в верхней мантии в холе эволюции мантийного весества на основе изучения ее образцов
- нсдулея шпинелевых лериолитов. выносимых в щелочных базальтах на поверхность Земли а различных регионах мира. Решались следующие основные задачи: 1) усовершенствование методики инструментального кеятронно-активацнонного анализа (ИНАА) с целью более надежного определения геохимически информативных химических элементов и увеличения числа определяемых элементов в образцах ноду-леа шпинелавых лерцолитов; 2) изучение геохнмиии РЗЭ в процессах Фракционирования и миграции мантийного вещества; 3) исследование поведения в этих процессах когерентных (Ni. Sc. Co. Cr). некогерентных (Ва, U, Th) и рассеянных (Аи) микроэлементов.
Научная новизна. Разработан вариант оптимизации инструментального неятронно-активационного анализа, основанный на численном моделировании гамма-спектров образцов заданного состава для нахождения наиболее благоприятных (оптимальных) условии проведения ИНАА о использованием тепловых н резонансных нейтронов, поэводибиип одновременно определить наиболее информативные группы редких элементов. Метод применен при исследовании нодулеп ипикелевих лерцолитов в щелочных базальтах ранее не изученных проявлении в оемц континентальных и океанических регионах мира.
На основании полученных результов показано, что "опробованные" зоны верхней мантии сформировались при вироком развитии таких процессов, как частичное плавление, повторное метасоматическое обогащение, фракционная кристаллизация. Показана значительная гетерогенность мантии по ряду геохимических элементов, в том числе ПО Ба, Со, Cr. Ni. Th. U.
По индикаторному значению микроэлементов в исследовании ман-ТИЯН22Х процессов отмечена наиболее информативная группа сильноне-когерентных микроэлементов, таких как легкие РЗЭ. Ва. К. Rb. Сз. U. Th.
Выделено ы исследовано венество верхней мантии, близкое к среднему теоретическому составу примитивной мантии.
Практическое значение. Разработана методика нейтронно-актива-ционного определения около 40 различных по физико-химическим и геохимическим своаствам элементов, применимая для ультраосновных
пород и любых других природных и промышленных материалов; повышена эспрессность и точность анализа.
Методы исследования. Для обработки гамма-спектров облученных образцов с целью получения данных об их качественном и количест-пенном составе, а также для оптимизации инструментального варианта НАД автором разработаны пакеты программ применительно к ЭВМ ЕС-1010 и адаптированных к IBM PC AT. На измерительных системах, включаюаих полупроводниковые кремння-литиеБие детекторы с анализаторами импульсов ІСД-70. LP-4900. NUC-8192 выполнено около 8000 элементоопределении редких и редксземельных элементов во вмещающих породах, нодулях и минералах.
На запиту выносятся:
-
Алгоритм оптимизации инструментального нейтронно-акти-вационного анализа:
-
Вариант методики ИНАА ультраоснсвных пород с использованием тепловых и надтепловых нейтронов:
-
Данные о региональных особенностях нодулея шпинелевых лериолитов семи районов исследования в континентальных н оке--анических областях.
-
Выводы о геохимическом поведения F33 и других редких элементов в процессах эволюции вещества верхней мантин при воздействии таких процессов, как парциальное плавление, фракционная кристаллизация и метасоматическая проработка.
-
Выводы о наиболее информативных силънонехогерентных микроэлементах, имеиаих важное значение при исследовании мантияиых процессов.
-
Данные по исследованию относительно примитивного вепества верхней мантии.
Апробация работы и публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 10 статьях и доложены на 7 всесоюзных семинарах и конференциях: XIІ семинаре "Геохимия мэматнчоских пород" (Москва. 19Э6): І Есесокэноп конференции Математические методы и ЭВМ в аналитической химии" (Москва. 1986); І Всесоюзної? конференции по аналитической химии радиоактивных элементов (Москва. 1986): Doe-
-*
союзном сомнкаре "Планирование эксперимента а радиоаналитнчеоких методах и обработка результатов на ЭВМ" (Рига, 1986).- XIII семинаре "Геохимия магматических пород" (Москва. 1987); V Всесоюзном совещании по актнвационному анализу и другим радиоаналитическим методам (Гашкент. 1987); XIV семинаре "Геохимия и физико-химическая петрология магматизма" (Москва. 1988). VIII международной конференции "Современные направления в активационном анализе" (Вена. 1991).
Обьам и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы (главы I.III), экспериментальной части (глава II). результатов исследования (главы IV.V). выводов, списка литературы. Работа изложена ад 20Й страницах машинописного текста, содержит 23 таблицы. 59 рисунков. Библиография включает 234 наименования. В диссертации изложены результаты исследования, выполненных автором в период 1984-1991 г. в соответствии с планами лаборатории геохимии щелочных пород и центральной лаборатории анализа вещества.
Общая постановка задачи работы и проведение исследовании осуществлялись под научным руководством к.х.н. Г.м. Колесова и д.г.-М.Я.. Чл.-кор. АН СССР, Л.Н. Когарко. В процессе выполнения работы автор пользовался консультациями и помощью В.А. Туркова. Н.С. Муравьевой. П.А. Коровапкова, И.Д. Рябчикова, В.И. Коваленко, Л.В. Соловьевой. В.Г. Семеновой. Л.С. Егорова. П.Л. Хижняка, а также поддержкой творческих коллективов указанных лаборатория. Всей км. и особенно научным руководителям, автор выражает глубокую благодарность.
