Фролов В.Т. Руководство к лабораторным занятиям по петрографии осадочных пород

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица

19"

Время

взятия проб при разных температурах

Отбираемая

фракция, мм

Температура

суспензии

Отбираемая

фракция, мм

10°

15°

20°

Менее

0,05

сек

0,01

мин 47 сек

мин 15 сек

мин 35

се/с

0,005 ....

час 47 мин

час 33 мин

час 22 лшн

0,001 ....

нас 30 мин

час 45 мин

час 20 мин

жание крупного алеврита, если навеска была пропущена че-

рез сито 0,1 мм. При комбинированном методе содержание

алевритовых фракций обычно определяют методом Сабанина

(стр.

115—116).

Последовательность отбора проб пипеткой может быть

различной: можно начинать с фракций меньше 0,05 мм, затем*

последовательно отбирать фракции меньше 0,01, 0,005 и

0,001 мм. Нередко их отбирают в обратной последовательно-

сти или начинают с 0,01 мм или с 0,005 мм. При отборе пи-

петку опускают в суспензию на глубину 10 см и открывают

кран аспиратора или работают грушей. В первом случае вода,

уходя из аспиратора л о шлангу в другую банку, создает

вакуум, что обеспечивает втягивание суспензии в пипетку.

Е. Г. Чаповский (1958) рекомендует отрегулировать работу

аспиратора так, чтобы длительность наполнения пипетки

была 10, 15, 20 и 30 сек соответственно для отбора фракций

меньше 0,05, 0,01, 0,005 и 0,001 мм. Работа с грушей и пипет-

кой М. И. Захарьева с трехходовым краном описана Л. Б. Ру-

хиным

(1961,

стр. 515).

Отобранные пробы переносят в предварительно взвешен-

ные фарфоровые чашки или бюксы; пипетки промывают во-

дой, которую сливают в те же чашки. Затем пробы выпарива-

ют при температуре 100—105°, высушивают до постоянного,

веса, охлаждают в эксикаторе и взвешивают на аналитиче-

ских весах с точностью 0,01 мм.

Содержание каждой фракции определяют по формуле:

где х—содержание фракции меньше данного размера;

А — вес соответствующей пробы после выпаривания;

210

http://jurassic.ru/

V! — объем взятой пробы суспензии (обычно 25 см

), т. е.

объем пипетки;

— объем всей суспензии (обычно 1 л, т. е. 1000 см

);

В—

вес навески с поправкой на влажность (стр. 118) и

на содержание воднорастворимых солей (см. ниже);

— содержание фракций крупнее 0,1 мм, т. е. той части

породы, которая осталась на сите 0,1 мм.

Содержание растворимых' солей определяют по разности

веса навески до (В

) и после (В) их отмывания (стр. 208),

т. е.

= В

—В.

Так же определяют и потерю от обработки соляной кисло-

той.

Пример расчета. Навеска 15 г с влажностью 10%. Фракций крупнее

0,1 мм оказалось 1,25 г. Пробы <0,05,

<0,01,

<0,005 и <0,001 мм после

высушивания соответственно весили 0,3; 0,2; 0,18 и 0,1 г. Вес навески

в абсолютно сухом состоянии равен (стр. 118)

15-100

В = = 13,64 (г).

100+Ю

Часть породы крупнее 0,1 мм составляет

1,25-100

13,64

Фракция мельче 0,05 мм составляет

0,3-1000(100 — 9,2)

9,2%.

25-13,64

= 80,0%.

Другие фракции, рассчитанные аналогичным образом, составят 53,4;

47,9 и 26,6%.

Отсюда содержание дробных гранулометрических фракций равно:

Фракция крупнее 0,1 мм 9,2%

0,1—

0,05 мм 90,8—80,0=10,8%

0,05—0,01 мм 80,0—53,4 = 26,6%

0,01—0,005 мм 53,4—47,9=5,5%

0,005—0,001 мм 47,9—26,6=21,3%

мельче 0,001 мм 26,6%

Сумма 100%

Данные гранулометрического анализа глин графически

обрабатывают по обычной методике (стр. 119).

М. Ф. Викулова (1957, стр. 123—126) описывает другие

варианты гранулометрического анализа глин, позволяющие

собирать глинистые фракции для минералогического анализа.

Для этого сначала по методу Сабанина или более упрощенно

(сливанием через край фарфоровой чашки) отделяют фрак-

цию меньше 0,01 мм и собирают ее в большой стеклянной

211

http://jurassic.ru/

банке. После суточного отстаивания суспензии сливают сифо-

ном верхние 7 см, содержащие только частицы мельче

0,001 мм. Эту операцию проделывают до тех пор, пока набе-

рется достаточное количество фракции для анализов. Слитую

суспензию медленно выпаривают на воздушной бане и сушат

при температуре до 35°. Можно удалить всю фракцию мель-

че 0,001 мм, но на это требуется много времени (до 2 месяцев

и больше). Поэтому количественные соотношения описывае-

мым методом не определяют. Фракцию 0,01—0,001 мм, соби-

рающуюся на дне, и не слитую часть фракции мельче 0,001 мм

обычно образующую отдельный слой сверху, при высушива-

нии легко отделяют друг от друга и используют для анализов.

Изучение в иммерсионных препаратах

Для изучения глинистых минералов иммерсионным мето-

дом готовят ориентированные агрегаты частиц, поскольку

последние очень мелки.

Существует несколько способов приготовления ориентиро-

ванных агрегатов (М. Ф. Викулова, 1951, стр. 125 и 133—137).

В целом они сводятся к тому, что суспензию глины или ее

отдельных фракций медленно выпаривают на водяной или элек-

тровоздушной бане при температуре не более 80°. Глинистые

частицы, обладая пластинчатой формой, оседают на дне

чашки или на подвешенных и положенных на дно предметных

стеклах ориентированно, параллельно друг другу и образуют

пленки разной толщины. После высыхания (лучше без нагре-

вания) эти пленки можно резать и изучать как большие кри-

сталлы в иммерсионных препаратах, в частности определять

показатель преломления. Быстро агрегаты глинистых частиц

получают выпариванием капли непосредственно на предмет-

ном стекле.

Поскольку перпендикулярно спайной плоскости (001)

практически у всех пластинчатых минералов располагается

острая биссектриса Np (эти минералы оптически отрицатель-

ны),

то в ориентированных агрегатах мы определяем n

и п

—

они лежат в плоскости (001). Так как у большинства глини-

стых минералов 2V небольшой, а у биотитовых, монтморилло-

нитовых минералов, глауконита и других он близок к нулю,

разница между величинами п

и п

невелика, и мы опреде-

ляем, учитывая несовершенство ориентировки чешуек по осям

и Nm, такое значение n

, которое близко максимальному

На этом разрезе нередко удается определить оптический

знак и 2V.

212

http://jurassic.ru/

Для определения п

надо тонко срезать достаточно тол-

стые пленки в перпендикулярном их поверхности направле-

нии. Поскольку это редко удается, п

чаще определяют на

краях кусочков агрегатов, которые часто скручиваются и, сле-

довательно, ориентируются в субвертикальной плоскости.

Естественно, это будет п

, не всегда близкий к п

. На том же

разрезе по интерференционной окраске определяют и двупре-

ломление. Применяют и федоровский столик.

Зная основные оптические свойства, можно определить

сам минерал (см. табл. 18). В мономинеральных глинах опре-

деление оказывается более уверенным. В полимиктовых гли-

нах оно также может быть достаточно надежным при разли-

чии размера глинистых минералов, когда их можно разделить,

т. е. сконцентрировать и по фракциям.

Некоторые авторы предлагают разделять глинистые части-

цы тяжелыми жидкостями на фракции по удельному весу.

Однако разделение удовлетворительно производится лишь для

более крупных фракций и, кроме того, жидкости, поглощаемые

минералами, меняют их оптические свойства и удельный вес.

Для получения более совершенной ориентировки частиц в

глинистых минералах необходимо производить по возможно-

сти более полную их диспергацию, что часто достигается насы-

щением их ионом Na (прибавляется ацетат или хлориды Na).

Однако это может изменить свойства глинистых минералов

(исследований влияния Na пока нет) и приводит к завышению

содержания Na, устанавливаемого химическим анализом. По-

этому навеску для последнего следует готовить из другой

порции породы.

М. Ф. Викулова (1957, стр. 136—137) рассматривает и

другие факторы, влияющие на оптические свойства, в частно-

сти влажность фракций меньше 0,001 мм, которая сильно ме-

няется при колебаниях влажности воздуха лаборатории. Если

фракцию выдержать в эксикаторе до постоянного веса, то у

гидрослюд и большей частью у монтмориллонитов и бейдел-

литов преломление повышается (в единичных случаях у по-

следних двух групп — понижается), и изменения достигают

второго знака; а у каолинитовых и монотермитовых глин не

меняется или меняется незначительно (в третьем знаке).

Преломление меняется и в результате поглощения иммерсион-

ных жидкостей. Поэтому следует всегда' работать со свежим

препаратом и определение вести быстро.

Возможности определения показателя преломления глини-

стых минералов зависят и от неглинистых примесей; особенно

сильно мешают тонкодисперсные окислы железа, повышающие

213.

http://jurassic.ru/

лреломление. Поэтому часто приходится отказываться от оп-

ределения показателей преломления глинистых минералов

красноцветных пород. Примесь опала снижает преломление и

двупреломление (особенно часто у монтмориллонитов).

При определении глинистых минералов иммерсионным ме

;

тодом учитывают не только свойства их преломления и дву-

преломления, но и форму агрегатов, которая в какой-то мере

отражает форму элементарных частиц: у каолинитовых они

более изометричные, чем у других минералов; гидрослюдистые

агрегаты удлиненные, щепковидные, часто с параллельными

сторонами, монтмориллонитовые — веретеновидные, спираль-

ные,

сноповидные (Викулова, 1957, табл. XI).

Методы окрашивания

Рядом литологов в различных учреждениях применяются

органические или неорганические красители для диагностики

глинистых минералов. Так, В. Н. Разумова (1939) и В. Т. Бе-

лоусова (1948) использовали малахитовый зеленый и другие

красители. Однако наиболее разработан метод красителей,

или спектрофотометрический анализ, предложенный Н. Е. Ве-

денеевой и М. Ф. Викуловой (1952, 1956, 1957). Он быстро

получил широкое распространение, чему способствовали про-

стота метода, возможность применения уже в полевых усло-

виях и достаточно удовлетворительные результаты при мас-

совых исследованиях.

Метод основан на явлениях, близких к катионному обме-

ну, которые присущи глинистым минералам: на поверхности

их частиц, отличающихся определенным распределением от-

рицательных зарядов — активных центров (помимо значи-

тельной общей поверхностной энергии, обусловленной их

тонкой дисперсностью), — адсорбируются в водной среде и

удерживаются с разной степенью прочности катионы краси-

теля. Качество активных центров (их сила и характер) и

распределение по поверхности тесно связаны со структурой

решетки минералов глин. Поскольку поверхность глинистых

частиц практически сводится к одной спайной грани (001),

в то время как боковые грани составляют незначительную ее

долю,

истолкование данных окрашивания значительно облег-

чается.

Наибольшую роль в сорбции катионов красителей играют

тетраэдрические слои структуры глинистой решетки, в кото-

рых благодаря изоморфному замещению одних атомов дру-

гими с низшей валентностью создается избыток отрицатель-

214

http://jurassic.ru/

ного заряда. Возможно, играет роль и избыток заряда такого-

же происхождения и в октаэдрическом слое. Катионы краси-

теля, естественно, сначала задерживаются у более сильных

центров, а при избытке они адсорбируются и более слабы-

ми,

что влияет на характер окрашивания. При сближении

поверхностей кристалликов глинистых минералов происходит

миграция катионов с одного минерала на другой, к его более

активным центрам.

В качестве красителей используют органические вещества,

преимущественно основные, у которых окраска создается

катионом. Наиболее удобны те из красителей, которые спо-

собны сильно менять спектр поглощения света (явления

метахромазии), т. е. менять окраску в зависимости от изме-

нения условий, в частности, при сорбции их разными ми-

нералами, закрепляющими катионы с неодинаковой силой.

К ним относятся некоторые из триазиновых веществ, напри-

мер наиболее распространенный краситель — метиленовый

голубой (Мг):

СН

сн/

\/ \/

СН

/СН

(Mr).

Другим красителем является бесцветный солянокислый

бензидин (Бн).

H,N—/ \—/ \—NH,-HC1 (Бн).

Максимум поглощения первого красителя лежит в обла-

сти красной и оранжевой частей спектра (он характеризует-

ся двумя максимумами поглощения), что и вызывает голу-

бую окраску его, являющуюся дополнительной к поглощенной

части светового спектра (табл. 20). Однако эта окраска (а

следовательно, и полоса максимального поглощения) сильно-

меняется от подкисления раствора (этого следует избегать);

на нее также влияет температура и концентрация раствора.

Растворы бензидина не поглощают видимый свет (их по-

лоса поглощения лежит в ультрафиолетовой области спект-

ра),

они бесцветны.

Метиленовый голубой применяется в виде очень слабого,

0,001%-ного раствора (10 мг на 1л), имеющего зелено-голу-

бой цвет или, когда вещества мало, а также когда плотность

суспензии небольшая, в виде

0,01%

-ного раствора (цвет

215.

http://jurassic.ru/

Таблица 20

Длина

волны,

тц

Поглощаемый участок

спектра

Воспринимаемый

свет

495

425

455

490

510

530

550

590

645

725

фиолетовый

сине-фиолетовый

синий

сине-зеленый

зеленый

зелено-желтый

желтый

оранжевый

красный

темно-красный

зелено-желтый

желтый

оранжевый

красный

пурпурный

фиолетовый

сине-фиолетовый

синий

сине-зеленый

зеленый

его вследствие полимеризации молекул становится синим).

Раствор солянокислого бензидина готовится насыщенным.

Для этого 0,5 г порошка растворяют в 0,5 л воды в течение

нескольких часов, затем отфильтровывают его и чаще всего

разбавляют вдвое. Кроме того, для окрашивания метилено-

вый голубым надо иметь немного насыщенного раствора КС1

(или NH

C1), а для окрашивания бензидином может потре-

боваться слабый раствор аммиака и слабая (5%-ная) соля-

ная кислота. Все растворы готовят на дистиллированной воде

или (в полевых условиях) на дождевой, отфильтрованной,

а также на прокипяченной обычной (лучше — не жесткой)

воде.

Особенно нежелательно присутствие калийных, аммо-

нийных и других солей с крупными одновалентными катио-

нами.

Хранить растворы надо в темном мес'те в сосудах с при-

тертой пробкой. Особенно это относится к бензидину, который

довольно быстро желтеет. Поэтому готовят его обычно не-

большими порциями, чтобы чаще пользоваться свежим.

Окрашивание производят в пробирках.

Суспензии также можно готовить в пробирках или ста-

канчиках. В первом случае достаточно 0,5 г глины (для раз-

бухающих глин можно меньше, а для алевритовых и песча-

ных— больше). Глину замачивают водой (лучше дистилли-

рованной, но можно брать и обычную питьевую); через

сутки ее сливают для удаления электролитов, перешедших из

глины в раствор. Размокшую глину растирают или взмучи-

вают переворачиванием пробирки и оставляют отстаиваться

216

Дополнительные цвета к поглощенной части

светового спектра

http://jurassic.ru/

в течение суток. Если суспензия не коагулировала, в чистую

пробирку сливают ее верхнюю часть высотой 7 см, содержа-

щую частицы меньше 0,001 мм. Концентрированную суспен-

зию разбавляют водой до плотности

1,004—1,005

г/см

что.

устанавливается сравнением с эталоном. Осевшую вследствие-

коагуляции суспензию многократно промывают — сливают

чистую воду над суспензией, доливают новую порцию и после

расслоения снова сливают, пока не получится устойчивой

суспензии, отмытой от электролитов. Можно окрашивать и

коагулировавшие суспензии, но в этом случае некоторые ха-

рактерные явления могут не наблюдаться. Окрашивание

часто производят попутно с гранулометрическим анализом.

Для этого из цилиндра в чистую пробирку наливают 5 см

суспензии (примерно половину пробирки), добавляют такое

же количество раствора метиленового голубого и взбалты-

вают. Половину суспензии отливают в другую пробирку, до-

бавляют в нее одну—три капли КС1 и взбалтывают.

Результаты окрашивания большей частью видны уже че-

рез 1—2 час или раньше. Однако нередко они проявляются

через сутки-двое, что иногда связано с медленным изменени-

ем окраски. Поэтому наблюдения обычно производят через

1—2 суток. При окрашивании бензидином процесс окрашива-

ния иногда ускоряется прибавлением воды или, чаще, слабо-

го раствора аммиака. Для этого раствор сначала лучше

подкислить одной каплей 5% -ной НС1, а потом добавить од-

ну-две капли раствора аммиака.

Результат окрашивания проявляется в характере осадка

(гелевидный, плотный и т. д.), характере его прокрашивания

(полное, пятнистое, по слоям и т. д.), цвете суспензии, для

чего пробирки взбалтывают и цвет наблюдают на белом фоне

при дневном освещении. Для более точной визуальной оценки

цвета применяют стандартную шкалу (Веденеева и Викуло-

ва, 1952 и 1956; Викулова и др., 1957).

Необходимо отмечать чистоту или блеклость цвета. Чис-

тые,

яркие цвета свойственны однородным фракциям, в част-

ности монтмориллонитам, бейделлитам, а блеклые — каоли-

ниту, галлуазиту, малоизмененным гидрослюдам. Чаще всего

блеклые окраски вызываются органическим веществом глин.

Собственная окраска породы также маскирует цвет окрашен-

ной фракции и для ее установления необходимо фотометри-

рование, которое производится с помощью особых приборов —

фотометров или спектрофотометров (визуальных или фотоэлек-

трических) с применением монохроматического света. Это

дает возможность объективно и более точно определить мак-

2П

http://jurassic.ru/

«симум поглощения света, что графически выражается с по-

мощью спектральных кривых. Подробно это рассмотрено в

руководстве М. Ф. Викуловой и др. («Методическое руковод-

ство по петрографо-минералогическому изучению глин»

1957) и М. А. Ратеевым (1957).

H'N

одр.

Ф-С

с-г

г-з

тр-з

ж-з

Характер

осадка

мг

wr+m

Определение

'г

\—

IV V VI VII VIII IX

Плотный

Каолинит

Плотный

Каолините

гидрослюдой

Плотный

Гидрослюда

плот-

ный

илаоо,

гелеаид-

ный

/ио/ослюОас

деиделлитом

иильно

геле-

бидный

Монтморил-

лонит

То-же

Монтморил-

лонит

Плотный

/идросл/ода

каолинитом

-1

плот

ный

1еле-

Видный

Ьейделлит

гидрослюдой

плот

ный

1еле-

Видный

Ьейделлит

гидрослюдой

Гелевидный

бейделлит

Геледидный

Бейделлит

Рис.

33. Результаты окрашивания метиленовый голубым глин

раз-

ного

состава:

МГ

—цвета суспензий при окрашивании просто красителем; МГ+

+ КС1

— сдвиг окраски от добавления КО (из Викуловой, 1952,

стр.

35)

Метиленовый голубой окрашивает все глинистые минера-

лы (рис. 33).

Каолинитовые глины окрашиваются в блеклый, но чистый

светло-фиолетовый цвет, который не меняется от добавления

КС1.

Изменение окраски на фиолетово-синюю или синюю ука-

зывает на наличие примеси гидрослюды, которая окраши-

вается в фиолетово-синие и синие цвета, мало меняющиеся

от добавления КС1: сдвиг окраски в длинноволновую часть

спектра небольшой, а иногда, как у каолинита, его вообще

нет. В последнем случае отличием от каолинита служит окра-

шивание бензидином (стр. 219).

Монотермитовые глины часовъярского типа окрашивают-

218

http://jurassic.ru/

ся в интенсивный фиолетовый цвет, меняющийся от КО до

сине-голубого. Монтмориллонитовые глины приобретают ин-

тенсивный чистый фиолетовый, фиолетово-синий или синий

цвет. Различия, вероятно, обусловлены составом поглощен-

ных катионов: преобладанием Na над Са или, наоборот, Са

над Na и др. От добавления КО цвет изменяется сильно и

становится голубым или голубовато-зеленым.

Бейделлит, как и монтмориллонит, относится к минералам

с сильной ионной связью. Он окрашивается в яркие и чистые

зеленые цвета, не меняющиеся или слабо меняющиеся от КС1

в сторону усиления зеленой окраски. Примесь гидрослюды,

каолинита или опала смещает окраску в синие цвета, но от

КС1 цвет всегда становится зеленым.

Солянокислый бензидин интенсивно окрашивает в синий

цвет монтмориллонитовые и бейделлитовые глины, очень

слабо — гидрослюдистые (чаще всего устанавливается только

фотометрически) и не окрашивает каолинитовые.

Различия в окрашивании объясняются разной прочностью-

и характером ионной связи катиона красителя с глинистыми

минералами. Ионная связь максимальна у монтмориллонита

и бейделлита и минимальна у каолинита. Но катионы краси-

теля закрепляются, вероятно, и другой, не ионной, связью с

поверхностью глинистой частицы, о чем говорит изменение

окраски от добавления сильного электролита КО. Ионы К

вероятно, разрушают эту связь, которая осуществляется, как

предполагает М. Ф. Викулова, через атом азота, соединяю-

щий бензольные кольца. Катионы красителя тогда остаются

закрепленными одной ионной связью через аминогруппу.

Поскольку у монтмориллонита наблюдается наиболее силь-

ный сдвиг окраски от КО, дублетная связь его менее устой-

чива, чем у каолинита. Более же прочная ионная связь про-

является после снятия дублетной в сдвиге окраски в длинно-

волновую часть спектра, что вызывается соответствующим

сдвигом полосы поглощения света.

Возможности метода, по-видимому, не исчерпываются

современной степенью его разработки. Он может развиваться

как в направлении более глубокого изучения характера за-

крепления катионов красителя глинистыми частицами и влия-

ния на это закрепление различных факторов (рН, состав

поглощенных катионов и т. д.), так и по пути поиска новых

красителей, выявляющих отдельные минералы, в том числе

находящиеся в виде примеси. В настоящее время М. А. Ра-

теевым и другими метод используется для количественной

оценки содержания монтмориллонитовой примеси в глинах.

219

http://jurassic.ru/