Способ определения температур минералообразования и полиморфных превращений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

< >949445 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 25. 07. 80 (21) 2963140/18-25 с присоединением заявки ¹вЂ” (23) Приоритет —.

Опубликовано 07.0882. Бюллетень ¹ 29

151) М.Кл з

G 01 N 25/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

1531УДК 5З8.42 (088. 8) Дата опубликования описания 1008.82

С.Д. Заверткин, В.Н. Сальников, A.Ô. Ко обе4ЩдЩЯ% ;» и Ю.М. Страгис

W7 Ь. (ф(е» (72) Авторы изобретения

Томский ордена Октябрьской Революции и ордена ..;.

Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР

МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ И ПОЛИМОРФНЫХ

ПРЕВРАЩЕНИЙ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения температурного интервала генезиса (образования) минералов, сопутствующих рудной минералиэации, для определения температур образования искусственных кристаллов при их выращивании из гидротермальных растворов и для определения темпе- 10 ратур полиморфных превращений минералов и искусственных кристаллов при их тепловом возбуждении.

Известен способ декрепитации (растрескивания) для определения температурного интервала образования мине15 ралов и его разновидности — термозвуковой и термовакуумный. Термозвуковой способ предполагает нагревание образца минерала до температуры декрепитации (взрыва) гаэово-жидких включений. Температурный интервал декрепитационной активности фиксируется в этом случае с помощью акустических датчиков и принимается в качестве температурного интервала ми- 25 нералообразования. Термовакуумный способ основан на следующем: образец минерала нагревается в вакууме до температуры декрепитации газово-жидких включений. Растрескивание включе. 30 ний и сопутствующее газоотделение фиксируются с помощью вакуумметра по снижению давления в вакуумной камере. Температурный интервал, в котором регистрируется снижение давления, принимается за интервал образования минерала. Способ декрепитации и его разновидности термозвуковой и термовакуумный широко используется в современной практике термобарогеохимических исследований (1j.

Однако данные способы малодостоверны без одновременного визуального наблюдения за процессом гомогенизации включений, предшествующим декрепитации, так как температура декрепи. тации может превышать температуру. минералообраэования гомогенизации на 100-120

Кроме того, для многих минералов отмечается растрескивание, независящее от газово-жидких включений (эа счет дегидратации, полиморфных превращений, окислительно-восстановительных реакций, термоупругих напряжений), Причем в исследуемом минерале или кристалле газово-жидкие включения могут отсутствовать или быть настолько малыми, что зафиксировать при их декрепитации акустическую эмиссию, 949445 снижение давления и, соответственнб определить температуру минералообра зования не представляется возможныл.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является спософ определения температур минералообра« зования и полиморфных превращений, заключающийся в нагревании прозрачного минерала и регистрации температуры фазового перехода. Температура исчезновения газовой фазы (гомогениза- !О ции) газово-жидкого включения принимается в качестве температурного эталона процесса образования минерала(21.

Однако известный способ определения температуры минералообразования не позволяет наблюдать эффект гомогенизации включений на непрозрачных рудных минералах, установление температуры образования которых наиболее существенно при разделении процес 0 са рудоотложения по температурам, соответствующим определенным стадиям минерализации. НеобходиМо отметить, что газово-жидкие включения в исследуемом образце минерала могут вообще отсутствовать или быть настолько малы, что провести визуальное наблюдение их гомогениэации под микроскопом и, следовательно, определить температуру минералообразования невозможно. !

Целью изобретения является повышение достоверности результатов определения температурного интервала образования минералов и расшире- З5 ния области применения, а именно определение наряду с температурным интервалом минералообразования температурного интервала полиморфного превращения, а также получение с по- 40 мощью электромагнитного сигнала информации о температурном интервале минералообразования в тех случаях, когда газово-жидкие включения отсутствуют или настолько малы, что их

45 нельзя наблюдать визуально и в процессе своей декрепитации они могут не вызывать акустической эмиссии и заметного снижения давления в вакуумной измерительной камере.

Цель достигается тем, что согласно известному способу, который заключается в нагревании и регистрации температуры фазового перехода образца толщиной 0,3-0,4 см и диаметром

1,5 см, его помещают в вакуумную измерительную камеру, нагревают и одновременно регистрируют генерируемйе образцом электромагнитный и акустический сигналы и изменение дав-60 ления в вакуумной камере по температурным интервалам появления которых определяют температуры минералообразования и полиморфных превращений. 55

После установления образца минерала в камеру включают вакуумные насосы и при достижении в камере давления 10 мм рт.ст. нагревают образец с определенной постоянной скоростью с помощью внешней печи.

Через произвольный, но определенный интервал температур, снимают показания с вакуумметра и с пересчетных устройств или с осциллографа. Интервал температур, в котором на экране осциллографа или на табло пересчетного устройства наблюдаются электромагнитные импульсы, интерпретируется как интервал образования данного кристалла или минерала.

При нципиаль ное отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что оптическая прозрачность минерала в этом случае не играет роли. B предлагаемом способе проблема получения генетической информации (определения температуры минералообразования) рассматривается с позиций Физики минералов и физики твердого тела. Дефекты структуры реальных кристаллов или минералов, возникающие в момент их образования, являются результатом своеобразия условий генезиса, их отражением. Кристаллу с дефектной структурой присуще неравновесное значение свободной энергии (F)- В течение геологического времени происходит электрическая компенсация дефектов структуры минералов, в том числе и газово-жидких включений, вследствие миграции к макродефектам (вакуолям, порам, границам зерен, границам двойников ) ионов компенсаторов и вакансий, которые образуют центры и комплексы. При тепловом возбуждении кристалла моделируются те температурные условия, при которых происходило его образование, а также образование дефектов его структуры, в частности захват газово-жидких включений. Вследствие электрической раскомпенсации дефектов в результате гомогенизации н декрепитации включений, разрушения центров, диффузии ионов компенсаторов и вакансий в температурном интервале минералообразования в объеме образца либо возникает изменяющийся электрический момент, и, как следствие, генерируются электромагнитные импульсы, либо при нагревании образца в электрическом поле фиксируются аномальные изменения проводимости. Минерал путем. генерирования электромагнитных импульсов избавляется от части избыточной свободной энергии,.связанной с дефектами, захваченными при минералообразовании.

Максимум интенсивности электромагнит ных импульсов фиксируется при гомогениэации газово-жидких включений.

949445

На фиг.1-3 изображены гистограммы при 400ОС и 570оС (фиг.1,а). Данные темпе атурного изменения интенсивнос- температурные интервалы интерпретити электромагнитных импульсов, инP руются соответственно как интерва ы л тенсивности акустических импульсов, минералообразования и а — p полиморфа также кривая изменения давления ного превращения. Величина интенсивв вакуумной ячейке в зависимости 5 ности РЭМИ в экстремальных точках ° от газоотделения образца при его этих интервалов составляет 320 имп/

/10 и 810 имп/10 . В этих же интервалах наблюдается заметное снижение давлеНа примере образцов кварца генера- ния в вакуумной ячейке (фиг.1в). Ин

/ ( ции имеющих различные температуры 10 тенсивность акустических импульсов образования, проведены комплексные достигает наибольшего значения при синхронные измерения интенсивности 410 С и равняется 108 имп/10 (фиг.16). электромагнитных импульсов, акусти- Аналогичным образом происходит темческих импульсов и изменения давления пературное изменение интенсивностей в вакуумной ячейке при нагревании и 5 РЭМИ и АИ, а также давления в вакуумохлаждении образцов до 700 С. Образ- ной измерительной ячейке при тепловом цы кварца для исследований были отоб- возбуждении образцов кварца из кварраны из прожилков и жил наиболее из- цевой жилы (фиг.2 ) и из брекчии вестных стадий минерализации. Обра- (фиг.З). Максимального значения интензец 91-К вЂ” кварц из кварцевого што- 20 сивность РЭМИ для исследованных гене20 1 о ка относится к первой стадии минерали- раций кварца достигает за 50-70 до зации. Газово-жидкие включения для, температуры, при которой регистрируетданной стадии гомогенизируются в ся максимум AH. Это объясняется тем, жидкую фазу в интервале температур что начинающийся процесс гомогениза400-430 С.. Образец Р 2 — К вЂ” кварц ции обуславливает раскомпенсацию из рудной жилы относится к второй ста локализованного вокруг включений за25 дии минерализации и имеет температуру ряда, возникновение изменяющегося гомогенизации включений 220-470 С. электрического момента и генерироОбразец Р 3-К вЂ” кварц из брекчии от- ванне электромагнитных импульсов. носится к третьей стадии минерализа- K моменту разрыва включений максимум ции. Температурный интервал гомогени- интенсивности AH интенсивность РЭМИ

30 зации газово-жидких включений для дан- снижается в несколько раз вследстной стадии равняется 230-400 С. Для вие релаксации заряда в процессе по.опРеДелениЯ темпеРатУРного интеРвала следующего нагревания образца кварца ,минералообразования предлагаемым спо- (Фиг.2). Все экспериментальные дансобом образец кварца в виде диска 35 ные по определению данным способом диаметром 1,5 см и толщиной 0,3-0,4см интервала минералообразования привепомещается в вакуумную измерительную дены в таблице. ячейку специальной конструкции, которая позволяет синхронно регистриро- Использование предлагаемого спосовать электромагнитный и акустический 40 ба определения температур минералосигналы, генерируемые образцом в образования обеспечивает по сравнению процессе нагревания. Нагревание ячей- с известными способами следующие преки совместно с образцом производит- имущества: а) определение температуры ся после достижения вакуума в ней образования оптически непрозрачных

10 4мм рт.ст. и осуществляется с пос 45 минералов, б) определение наряду тоянной скоростью 10 в минуту до с температурой минералообразования

700 С. В процессе нагрева фиксирует- температуры полиморфного превращеся изменение давления в вакуумной . ния; в) получение с помощью электроячейке, а также с помощью пересчет- магнитного сигнала информации о темных приборов число электромагнитных пературном интервале минералообразои акустических импульсов за каждые

50 вания даже в том случае, если газово10 С. Результаты синхронных измере- жидкие включения настолько малы, что ний интенсивности радиоволновых элект-, их нельзя наблюдать визуально и в ромагнитных импульсов (и ),акусти- процессе своей декрепитации они могут ческих импульсов (И 1 и давления

Р9МИ не вызывать акустической эмиссии и за(р) в вакуумной измерительной ячейке 55 метного снижения давления в вакуумной

Аи при нагревании до 700 С образца квар- измерительной ячейке; r) наблюдение ца из кварцевого штока представлены электромагнитного сигнала в интервале на фиг.1. Гистограммы температурного образования кристалла, даже если изменения интенсивностей РЭМИ и AH в нем вообще отсутствуют газово-жидпостроены по результатам эксперимен- 60 кие включения и имеются только биотов на трех идентичных образцах. графические собственные и примесные

Электромагнитные импульсы зарегистри- точечные дефекты (вакансин, междо" рованы в интервалах 270-460 С и 530- узельные ионы, центры ), p У о

) об аз ющиеся

590 С, причем наибольшего значения при росте кристаллов в гидротермальвеличины интенсивности ЭМИ достигает g5 ном процессе.

949445

Ik еО ь а н

r5 1 о,е ь ь«x й!

Ф > K ev

Q, Q пьр«

ЬЬ 4 СЬ О со ю

ХЕСЯ эох о

Р 4 Ь х И

О !

«!

Ю

О ь « !!\

О ф

Ю

Ю ю.

О (Ъ, Ю

Ю

С«Ъ

Ю

° «

«!

Ю

Ю

«О !

Ю

Ю

«Ф !

Cl !

Ю !

Ю

О«

Г 1

Ю

ГЯ

«й !

О Ch

Г 1 с ! Ъ

«3 !

Ю

D! с! сои е е о v x

Ф сь о ch В Ф б 4 сь е а ц а

СЬЬьЬОО 40

Х Х4ОЫс V

О

Ю !

О

lO

О

Ю ! л о

О

Ю

Cl

1 \ I

D из

О ю !

О

D

Cl

D

СО (Ъ !

Ю ь ч

«Ф !

Ю

О\ с«ь

Cl

<«ь

° Ф

D

Cl

I 1

Ю

Ю с .

2 Я 1 ъ а !ч ° *o* ьо -a mаa а и 2 ° 0 сь ььь Ф <6!!!цала цьььиа

ЬС>Ха 4 ЕСЬО х алоис vmv

О

РЪ

Ю

D

D

Ol

Ю

Ю

ГЧ

° Э

О

Г«\

° 4

О

° 3

О

СЧ

«Ф

Ю

«Э

Ю (-«

«Р

IA

Ю

СЧ

D !

«ь

О

Ю

° ь

Ю

С«Ъ !

«ь ьс Ос йЗ 4С

Х ь4ОХ

:ьь айхьа х ° с 1lI Q Ô ььь о а» Ф ф а

XeOX4 KV

94944

Формула изобретения

Ррднр

Фиг. 1

Способ определения температур минералообразования и полиморфных пре. вращений путем нагревания образца и регистрации температуры фазового 5 перехода, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и расширения области применения способа, образец нагревают в вакуумной камере и одновременно ре- 10 гистрируют генерируемые образцом электромагнитный и акустический сигналы и изменение давления в вакуумной камере, по температурным интервалам появления которых определяют температуры минералообразования и полиморфных превращений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ермаков Н.П., Долгов Ю.А.

Термобарогеохимия. М., "Недра", 1979, с.101.

2. Ермаков Н.П„Долгов Ю.А. Термобарогеохимия, М., "Недра", 1979, с.113(прототип ).

У zgj /

ВНИИПИ Заказ 5734/29

Тираж 887 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4