Термобарогеохимия

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Геолого-геофизический факультет
Кафедра минералогии и петрографии
ТЕРМОБАРОГЕОХИМИЯ
Рабочая программа
Новосибирск
2005
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования.
Предназначена для студентов-геохимиков 4-го курса геологогеофизического факультета.
Составитель
канд. геол.-минерал. наук, доц. В. П. Чупин
Утверждена на заседании кафедры минералогии и петрографии.
© Новосибирский государственный
университет, 2005
2
1.
Организационно-методический раздел
1.1. Курс реализуется в рамках направления «Геология» и относится к
разделу специальных дисциплин вузовской компоненты.
1.2. Дисциплина «Термобарогеохимия» предназначена для студентовгеохимиков 4-го курса геолого-геофизического факультета.
Основной целью освоения дисциплины является овладение студентами
новым подходом для получения информации о генезисе горных пород и
связанных с ними месторождений полезных ископаемых, основанном на
результатах изучения флюидных включений в минералах.
Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса, связанные с освоением: 1) общих сведений о флюидных включениях в минералах;
2) основ методов их изучения и интерпретации получаемых термобарогехимических данных для выяснения геохимических особенностей и физико-химических параметров минералообразующих процессов; 3) практических навыков работы с расплавными и газово-жидкими включениями.
1.3. Требования к уровню освоения содержания курса. По окончанию
изучения указанной дисциплины студент должен:
– иметь представление об основных подходах, используемых при интерпретации результатов изучения включений в минералах различного генезиса;
– знать типы и разновидности нормальных и аномальных флюидных
включений и основные приемы и методы их изучения для получения информации о температуре, давлении, составе и концентрации минералообразующих расплавов и растворов;
– уметь диагностировать первичные и вторичные включения, определить температуру их гомогенизации, а также оценить состав, концентрацию
и плотность включений водно-солевых растворов и включений сжиженных
газов нагреванием и охлаждением с использованием экспериментально
изученных фазовых диаграмм.
1.4. Формы контроля. Итоговый контроль. Для контроля усвоения
дисциплины учебным планом предусмотрен зачет.
Текущий контроль. В течение семестра при проведении лабораторных
работ студентами проводятся самостоятельные исследования и интерпретация получаемых данных, на основе которых проверяется их знание той
или иной темы. В конце семестра студенты делают краткие доклады о возможностях применения методов термобарогеохимии (в том числе ожидаемых результатах) при выполнении их бакалаврских работ. Качественно
подготовленный доклад и активное участие студента в обсуждении докладов других студентов, а также посещаемость практических занятий в течение семестра являются основой для получения зачета.
3
2. Содержание дисциплины
2.1. Новизна и актуальность курса
Впервые на геолого-геофизическом факультете НГУ курс был прочитан
профессором Ю. А. Долговым, одним из основателей нового научного
направления в геологии «Термобарогеохимия», существенно дополняющего генетические разделы минералогии, геохимии и петрографии. Создание
на базе лаборатории «Термобарогеохимии» Института минералогии и петрографии СО РАН научно-методического центра позволяет студентам
освоить практические навыки работы с расплавными и флюидным включениями, а также проводить самостоятельные исследования при выполнении
бакалаврских и магистерских работ. Подобный курс с широким использованием лабораторных работ не имеет аналогов в вузах России и за рубежом.
2.2.Тематический план курса (распределение часов)
Разделы
Лекции
Количество часов
Лаборат. Самостоят.
работы
работа
Всего
Часть I (теоретическая)
1. Общие сведения о флюидных включениях
2
1
3
2. Методы исследования включений и интерпретация полученных результатов
10
5
15
3. Использование включений
в петрологии, теории рудообразования и поиске месторождений.
6
4
10
Часть II (практические занятия)
36
Итого
18
36
36
10
64
2.2. Содержание курса
Часть I (теоретическая)
Введение. Флюидные включения как важнейший источник генетической информации. Связь термобарогеохимии с другими науками. Применение флюидных включений.
1. Общие сведения о флюидных включениях.
1.1. Краткий исторический обзор.
1.2. Общая характеристика включений и информационные ряды.
4
1.3. Происхождение и относительное время образования включений.
Генетическая классификация включений (первичные, вторичные, псевдовторичные).
1.4. Изменение включений после захвата. Появление дочерних фаз. Физические изменения: формы и объемы вакуолей, привнос или утечка содержимого.
1.5. Разнообразие вещества включений и его происхождение. Классификация включений минералообразующих сред по составу и агрегатному
состоянию.
1.6. Гомогенность минералообразующих сред. Нормальные и аномальные включения. Сопутствующие включения и их информативность.
1.7. Соотношение между составом включений и валовым составом
флюида.
2. Методы исследования включений и интерпретация полученных
результатов.
2.1. Отбор образцов с включениями, подготовка их к исследованиям,
петрографическое изучение и фотографирование включений.
2.2. Физические эксперименты с включениями и предыстория методов.
2.3. Физико-химические основы термобарогеохимических методов исследования. Экспериментальные РVTX-диаграммы фазового состояния
(H2O, CO2, CH4, H2O-NaCl, H2O-CO2, СО2-СН4, H2O-CO2-NaCl,
H2O-NaCl-KCl и др.) как основа при интерпретации результатов изучения
включений.
2.4. Гомогенизация нагреванием и определение температур и агрегатных состояний (плотности) по включениям.
2.4.1. Основные положения и постулаты термометрии по включениям.
2.4.2. Типы и виды гомогенизации газово-жидких включений.
2.4.3. Диагностика и особенности термометрических исследований
расплавных включений в минералах вулканических и плутонических пород.
2.4.4. Температура гомогенизации и температура образования. Поправки на давление. Достоверность и экспериментальные проверки метода гомогенизации.
2.5. Метод декрепитации включений и его информативность.
2.6. Методы исследования состава и концентрации растворов и расплавов во включениях.
2.6.1. Недеструктивные методы. Традиционные микроскопические исследования. Основанные на изучении фазовых изменений при нагревании и
охлаждении включений. Криометрический метод. Раман-спектроскопия.
ИК-спетроскопия. Нейтронная активация.
5
2.6.2. Деструктивные методы определения состава включений. Вскрытие, извлечение и анализ газов включений (волюмометрический ультрамикрохимический анализ, масс-спетрометрические и газохроматографические определения). Вскрытие, извлечение и анализ жидкой фазы включений (метод водных вытяжек). Анализ стекла и дочерних минералов на
электронном микрозонде. Определение концентрации воды, редких и редкоземельных элементов в расплавных включениях на ионном микрозонде.
Другие методы микроанализа твердых и жидких фаз во включениях (лазерный, протонный микрозонды; сканирующий электронный микроскоп, просвечивающий электронный микроскоп).
2.7. Геобарометрия.
2.7.1. Общие положения и краткий обзор современного состояния методов оценки давления.
2.7.2. Определение давления по включениям в минералах.
2.8. Определение плотности флюидов.
3. Использование включений в петрологии, теории рудообразования и поиске месторождений.
3.1. Краткий обзор петрологической информации по включениям о
магматических, метаморфических и осадочных процессах, минералообразовании в Мировом океане и внеземных обстановках. Флюидные режимы
формирования пород в ранней истории Земли (по включениям в цирконе и
породообразующих минералах из архейских пород) и в наиболее глубинных обстановках (по включениям в алмазе и других минералах из мантийных ксенолитов).
3.2. Рудообразующие флюиды и их связь с гранитоидами.
3.3. Термобарогеохимические поисково-оценочные методы.
Часть II (практическая)
1. Ознакомление с различными типами газово-жидких и жидко-газовых
включений из учебной коллекции. Выявление агрегатного состояния фаз
(жидкость, газ), оптическая диагностика СО2 и NaCl в многофазовых включениях.
2. Проведение предварительных макро- и микроскопических исследований включений в пластинках из кристаллов кварца, топаза, флюорита,
берилла камерных пегматитов Волыни. Первичность-вторичность включений, форма и размер вакуолей, агрегатное состояние, наполнение, фазность, состав и концентрация растворов (по наличию углекислоты и хлорида натрия), относительная температура (по размерам газовых пузырьков),
гомогенность или гетерогенность раствора в момент захвата включений,
наличие аномальных включений (расшнурованных, взорванных, перена-
6
полненных и др.), предварительные выводы о генезисе данного минерала
(или залечивании трещин).
3. Ознакомление со среднетемпературной минералотермометрической
установкой и приемами проведения опытов. Техника безопасности. Выбор
солей и эталонировка термокамер. Режим и длительность опытов. Ошибки
измерения. Проведение гомогенизации двухфазовых включений в кварце.
Определение температур и типов гомогенизации.
4. Гомогенизация включений с СО2, многофазовых включений с солями
в кварце, топазе, флюорите и берилле. Определение температур гомогенизации и агрегатных состояний минералообразующих сред. Обсуждение
возможных температурных поправок на давление. Выводы о генезисе этих
минералов.
5. Предварительное микроскопическое знакомство с различными типами и видами нормальных и аномальных расплавных включений из учебной
коллекции. Особенности приготовления препаратов из акцессорных минералов (циркон, апатит). Приемы исследования расплавных включений. Диагностика и особенности термометрического изучения включений раскристаллизованных расплавов в минералах гранитоидов и пегматитов. Знакомство с высокотемпературными минералотермометрическими установками.
Проведение гомогенизации расплавных включений в кварце, плагиоклазе,
пироксене. Обсуждение температурных поправок для высокобарических
минералов.
6. Знакомство с аппаратурой для криометрических исследований и приемами исследования включений. Проведение опытов по замораживанию
включений водносолевых растворов в кварце. Определение состава и концентрации растворов.
7. Просмотр различных типов метаморфогенных включений из учебной
коллекции. Проведение опытов по замораживанию высокоплотных углекислотных включений, диагностика углекислоты и определение ее плотности. Определение давления флюида.
8. Определение состава газовой фазы волюмометрическим методом
анализа индивидуальных включений и методом газовой хроматографии.
Знакомство с аппаратурой и особенностями проведения опытов.
9. Ознакомление с особенностями работы декрептометрической установки.
10. Микрофотодокументация включений и компьютерная обработка
данных.
2.3. Задание для самостоятельной работы. Подготовить доклад (в
стиле проекта), основанный на использовании методов термобарогеохимии
для решения генетических (или других) задач при выполнении бакалаврской работы.
7
3.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Список основной и дополнительной литературы
Основной
Ермаков Н. П. Геохимические системы включений в минералах.
М.: Недра, 1972. 175 с.
Ермаков Н. П., Долгов Ю. А. Термобарогеохимия. М.: Недра, 1979.
271 с.
Рёддер Э. Флюидные включения в минералах. М.: Мир, 1987. Т. 1–2.
Пизнюр А. В. Основы термобарогеохимии. Львов: Вища шк., 1986.
199 с.
Дополнительный
Использование методов термобарогеохимии при поисках и изучении
рудных месторождений: Сб. ст. М.: Недра, 1982. 240 с.
Косухин О. Н. и др. Магматический этап формирования гранитных пегматитов / О. Н. Косухин, И. Т. Бакуменко, В. П. Чупин. Новосибирск:
Наука. Сиб. отд-ние, 1984. 137 с.
Магматогенная кристаллизация по данным изучения включений расплава. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1975. 232 с.
Рейф Ф. Г. Рудообразующий потенциал гранитов и условия его реализации. М.: Наука, 1990. 181 с.
Соболев А. В. Проблемы образования и эволюции мантийных магм: Автореф. дис…. д-ра геол.-минерал. наук. М., 1997. 50 с.
Томиленко А. А., Чупин В. П. Термобарогеохимия метаморфических
комплексов. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1983. 201 с.
8