Введение к работе
Актуальность исследований. В 1984 г. 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 парастерической ассоциации с ним, современными методами.
Цель работы состояла в том, чтобы на основе комплексного изучения пара-стерезиса 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);
изучение особенностей срастаний и взаимоотношений агрегатов юшкинита с другими минералами;
полная характеристика парастерической ассоциации;
проведения термобарогеохимических исследований включений в жильных и рудных минералах в прозрачных препаратах;
-установление физико-химических и термодинамических параметров кристаллизации юшкинита.
Научная новизна. Работа является исследованием парагенетической ассоциации юшкинита, проведенным спустя двадцать лет после его открытия, первого исследования и описания А. Б. Макеевым и др. В результате исследований уточнены химический состав юшкинита 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, отвеча-
ющими ранее выведенной формуле, 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 микрозовдовых анализах варьирует от следов до 15 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, Ni5Fe, (Ni,Zn,Cu), (Ni,Cu,Zn), амезит, патронит, азурит, малахит, ванадиевые охры и битум. Три карбонатные фазы (Zno 75Cd0 25)С03, (Zn„ 5oCao.25Cdo.25)C03 и (CaosoCdo^Zn,, 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-метасо-матическая 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 —> V^SnlXMg, AIXOHJJ (юшкинит) + Si02.
Оценены некоторые параметры среды минералообразования.
Практическое значение работы. Впервые получены термографические данные, инфракрасные и рамановские диагностические спектры юшкинита, которые могут использоваться как справочные данные. Полное описание свойст юшкинита и его минеральной ассоциации могут быть использованы как эталон для всесторонней характеристики других минеральных фаз гибридных минералов группы валлериита. Юшкинит и его парастерезис представляют собой уникальный коллекционный материал.
Основные защищаемые положения:
Наряду с устойчивыми соотношениями компонентов в юшкините, отвечающими формуле V1.xSn[(Mg, А1)(ОН)2], выявлены значимые вариации соотношений между ванадием и серой, а также между сульфидной [V^S] и бруситовой [(Mg, А1)(ОН)2] компонентами. Найдена кальциевая разновидность юшкинита с содержанием почти 15 %СаО — V084S-2.57[Mg050Cao25Al025(OH)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 (Zn0 75Cd0 25)С03,
(Zno.5oCa0.25Cd0.25)C03,(Ca0.5oCd0.25Zn0.25)C03.
З. 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 г. и включающий свыше 100 образцов кварц-кальцитовых жил, содержащих 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, рентге-ноструктурный (10), ИК-спектроскопический (2), фотолюминисцентный (3) и изотопный 813Скар5 и 818Окар5 (10) анализы. Химический состав вещества изучался фазовым карбонатным (13), силикатным рентгено-флуоресцентным (63), микро-зондовым (86), эмиссионным спектральным — определение Ва и Sr (30), и полуколичественным спектральным (13) анализами. Изучены 6 прозрачных двуполи-рованных пластинок кварц-кальцитовых жил, проведено 3 9 экспериментов по изучению температур гомогенизации газово-жидких включений в кварце и кальците. Эти аналитические работы выполнены в Институте геологии Коми научного центра УрО РАН. Термогравиметрический анализ (2) выполнен в Институте химии Коми научного центра УрО РАН. Впервые для юшкинита проведена рама-новская 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).
Благодарности. Автор выражает благодарность В. Н. Филиппову за выполнение микрозондовых анализов; Н. В. Сокериной, С. Н. Шаниной за проведение тер-мобарогеохимических исследований включений; а также сотрудникам лабораторий Института за проведение различного рода анализов; за руководство работой, постоянную помощь и внимание научному руководителю доктору геолого-минералогических наук А. Б. Макееву и доктору геолого-минералогических наук Н. И. Брянчаниновой за доброжелательные советы и консультации при написании работы; автор искренне признателен директору Института геологии академику Н. П. Юшкину, всячески способствовавшему выполнению данной работы.