Логвиненко ?. В., Сергеева Э.И. Методы определения осадочных пород

Подождите немного. Документ загружается.

тяжелых акцессорных минералов от большей части породообра-

зующих) и йодистый метилен (для дополнительного разделения

тяжелой фракции).

Из водных растворов тяжелых металлов используют жид-

кость Туле (раствор HgI

2KI) (3,2); жидкость Рорбаха (рас-

твор HgB^Bab) (3,45). Особенно широко применяют жидкость

Туле благодаря ее способности смешиваться с водой *. Это по-

зволяет использовать ее для выделения из мономинеральных

смесей фракции с узким интервалом плотностей и в ряде случаев

мономиперальных. Однако эта жидкость реагирует с металлами

и сульфидами металлов, кроме того, ее нельзя использовать для

разделения смесей, содержащих растворимые в воде минералы.

Смесь минералов в тяжелой жидкости делится на легкую и

тяжелую фракции либо простым отстаиванием, либо в центри-

фугах.

Разделение в тяжелых жидкостях ** методом отстаивания

осуществляется в делительных воронках, а иногда в чашках.

Для разделения берут не менее 2 г фракции гранулометричес-

кого анализа.

При размере частиц минеральной смеси <0,1 мм, особенно

при близких значениях плотностей, разделение методом отстаи-

вания неэффективно. В этих случаях прибегают к методу цент-

рифугирования в тяжелых жидкостях. Применяются центрифуги

пробирочпые (периодического действия) и волчковые (полуне-

прерывного)

Для эффективного разделения минералов методом

центрифугироваиия необходимо, чтобы их плотности различа-

лись не менее чем на 0,1 г/см

. При близких содержаниях тяже-

лых и легких минералов метод центрифугирования эффективен

даже при размере частиц <1 мкм.

Особенно большое значение приобретает метод центрифуги-

рования для разделения тонкодисперсных компонентов пород

(например, продукты кор выветривания, содержащие минералы

глин, дисперсные фосфаты, гидраты глинозема, окиси железа

и марганца, органическое вещество). При массовой работе пет-

рографа обычно выделяют тяжелую (>2,85 г/см

) и легкую

фракции (<2,85 г/см

). Для разделения берут навеску 2—5 г

размерной фракции 0,25—0,01 как наиболее представительную

по составу минералов и удобную для анализа. Можно брать и

более узкие размерные фракции (0,16—0,10; 0,10—0,05 мм и.

др.) или изучать ряд размерных фракций в зависимости от ха-

рактера объекта и целей исследования.

* Разбавлением жидкости Туле водой можно получить тяжелые жидко-

сти с плотностью от 1,2 до 3,2 г/см

** В процессе работы с тяжелыми жидкостями возникает необходимость

определения их: 1) взвешиванием определенного объема жидкости в мерной

колбе, 2) η пикнометре, 3) путем использования набора минералов-эталонов,

4) но показателям преломления жидкостей.

Разделение минералов по магнитным свойствам (магнитная

и электромагнитная сепарация)*. Среди минералов тяжелой

фракции значительную часть составляют минералы, обладаю-

щие сильными магнитными свойствами. Такие минералы необ-

ходимо выделить в отдельную фракцию. Для этой цели рассы-

пают фракцию тонким слоем на листке бумаги, оборачивают

конец магнита папиросной бумагой и проводят им по рассыпан-

ной фракции. Переносят магнит в сторону, извлекают из бумаги

и собирают зерна. Операцию повторяют 2—3 раза.

Для магнитной сепарации используют ручные постоянные

двухполюсные и многоиолюсные магниты (например, многопо-

люсный магнит Сочнеиа или универсальный магнит Сочнева

С-5, последний позволяет разделить сильномагнитную фракцию

на четыре).

Дальнейшее разделение оставшихся после выделения силь-

номагнитных минералов производится с помощью электромаг-

нитов разных систем (системы Окунева, электромагнит типа

СЭМ-1, универсальный электромагнит УЭМ-1, изодинамический

магнитный сепаратор СИМ-1). Обычно с помощью электромаг-

нитов выделяют две электромагнитные фракции. Фракция сред-

немагнитных минералов выделяется при небольшой силе тока

в обмотке электромагнита. В состав фракции слабомагнитных

минералов входят минералы, выделяемые при большой силе

тока.

Разделение проводится следующим образом. Тонкий слой

зерен тяжелой фракции на листе бумаги подносят к полюсам

электромагнита. Включив электромагнит, передвигают бумагу

под полюсами до тех пор, пока минералы не перестанут притя-

гиваться. Затем убирают бумагу со среднемагнитной фракцией,

подставляют другой лист бумаги, включают электромагнит и

собирают слабомагнитную фракцию. Операцию повторяют

2—3 раза.

Таким образом, тяжелая фракция может быть разделена на

четыре: сильномагнитную, среднемагнитную, слабомагнитную

и немагнитную (табл. 14).

При детальном изучении состава тяжелой фракции кроме

магнитной и электромагнитной сепарации используют электри-

ческую сепарацию (разделение минералов в электростатическом

поле по электропроводности), диэлектрическую сепарацию, ос-

нованную на использовании различий в диэлектрической прони-

цаемости минералов, флотацию и разделение по плотности ми-

нералов. Для разделения минералов по плотности в лаборатор-

ных условиях используются гравитационные градиентные трубки

разных конструкций. Существующие гравитационные градиент-

ные трубкц отличаются друг от друга способами поддержива-

* При массовой работе петрографа магнитное и электромагнитное раз-

деление тяжелой фракции обычно не производится, так как ее содержание

ничтожно мало. Магнитная и электромагнитная сепарация применяется при

изучении шлихов.

Магнитные свойства минералов (по Е. В. Копченовой [1951])

ТАБЛИЦА 14

Сильномагнитные

(>3000 см

/г)*

Электромагнитные фракции

Немагнитные**

« 15 см*Уг)

Сильномагнитные

(>3000 см

/г)*

Среднемагнитные

(50—300 см'/г)

Слабомагнитные

(15—50 см

, г)

Немагнитные**

« 15 см*Уг)

Железо самородное

Амфиболы (темноокра- Амфиболы (светлоокра-

Анатаз Пирит

Магнетит

шенные)

Алмаз

Пироксены (бес-

Тнтаномагнетнт

Биотит

Монацит Андалузит

цветные)

Пирротин

Вольфрамит

Ортит

Апатит

Рутил

Ильменит

Гематит Пирохлор Арсенопирит

Сидерит

Мушкетовит

Гранаты (темноокрашен-

Гранаты (светлоокра- Барит

Силлиманит

Кубанит

ные)

шенные)

БерилЛ

Ставролит

Платина

Колумбит Сфен Везувиан

Сподумен

Лимонит Хлоритоид

Галенит

Топаз

Пироксены (темноокра- Ксенотим

Золото Тремолит

шенные)

Пироксены (светлоокра-

Касситерит

Флюорит

Пиролюзит

шенные)

Кианит Халькопирит

Псиломелан

Шпинель (светлоокра-

Клиноциозит

Циркон

Турмалин (темноокра- шенная) Корунд

Цоизит

шенный)

Рутил (нигрин) Молибденит

Шеелит

Хромит

Турмалин (светлоокра-

Медь

Шпинель и др.

Эпидот (железистый)

шенный)

Шпинель и др.

* За единицу удельной магнитной восприимчивости в СГС понимают It

— 1 см'/г.

·· Некоторые минералы, характерные для немагнитной фракции, вследствие различных примесей могут попасть в электромаг-

нитную Фракцию, например, касситерит.

ния температуры вверху и внизу трубки, регистрацией гради-

ента температуры и равновесных положений реперов и исследу-

емых зерен и другими признаками. В СССР широко применяется

термоградиентный прибор ТГП-1, использующий в качестве

рабочих жидкостей при разделении минералов и пород по плот-

ности бромоформ, иодистый метилен или жидкость Клеричи.

Максимальная плотность, которая может быть измерена с по-

мощью этого прибора, достигает 4,2 г/см

. Точность определения

плотности минералов до 0,001 г/см

при размере зерен 0,1 мм.

Минимальная разность плотностей, по которой могут быть раз-

делены минералы, равна 0,01 г/см

. Для различных задач и ис-

следований целесообразно использовать разные типы гравита-

ционных градиентных трубок [Кац М. Я·, 1977].

Точные исследования плотности минералов и пород требу-

ются при решении следующих вопросов:

1) получение точных диагностических характеристик мине-

ралов. С помощью гравитационной градиентной трубки плот-

ность отдельных зерен можно определить с точностью до

п- Ю

-4

г/см

;

2) получение фракций с узким интервалом плотностей (от

0,05 до 0,01 г/см

) и их накапливания для различных исследо-

ваний (структурным, спектральным, микроскопическим и дру-

гими методами);

3) изучение типоморфизма минералов;

4) корреляция осадочных толщ и палеогеографические ре-

конструкции.

5. ИММЕРСИОННЫЙ МЕТОД

В практике изучения осадочных пород широко используется

иммерсионный метод — определение минералов в зернах, в по-

рошках, приготовленных из породы, нли во фракциях, получае-

мых при гранулометрическом анализе. В зависимости от цели

исследования зерна предварительно разделяют тяжелой жидко-

стью на легкую и тяжелую фракции или же изучают без такого

разделения. Сущность этого метода заключается в определении

под микроскопом оптических свойств минеральных зерен, поме-

щенных в оптически изотропную среду, имеющую определенный

показатель преломления. В качестве иммерсионных сред обычно

применяют различные органические жидкости, смешивающиеся

между собой и составляющие набор из 98 эталонов с показа-

телями преломления от 1,400 до 1,780, в котором смежные жид-

кости отличаются по значению показателя преломления на

0,003—0,013. Более высокопреломляющие жидкости получают

на основе растворов серы, трехбромистого мышьяка и растворов

желтого фосфора и серы в иодистом метилене. Еще более высо-

кие показатели преломления определяют в иммерсионных спла-

вах (смеси пиперина с иодидами мышьяка, сурьмы и серы

с селеном).

Определение показателей преломления иммерсионным мето-

дом наиболее просто для оптических изотропных минералов.

Для минералов анизотропных одноосных определяют главные

показатели преломления п

и п

, для двуосных — n

, п

и п

Для нахождения их выбирают определенные ориентированные

разрезы зерен минералов и определяют показатели преломле-

ния при двух положениях уга-сания.

Сравнение показателей преломления минерала и иммерси-

онной жидкости производится путем наблюдения эффекта (по-

лоски) Бекке. Если зерно минерала имеет показатель прелом-

ления выше показателя преломления жидкости, то при подъеме

тубуса микроскопа полоска движется на минерал, при опуска-

нии— на жидкость. Когда показатели преломления минерала

и жидкости равны, полоска Бекке в монохроматическом свете

исчезает и граница раздела не видна, если она ничем не за-

грязнена.

В полихроматическом свете, которым обычно пользуются,

в этот момент полоска приобретает радужную окраску. При

подъеме тубуса красная полоска перемещается на высокопре-

ломляющую среду, синяя на низкопреломляющую, причем под-

вижность полосок одинакова (равенство показателей преломле-

ния для желто-зеленой части спектра 589 мкм). При опускании

тубуса, наоборот, красная перемещается на низкопреломляю-

щую среду, синяя — на высокопреломляющую. Это явление свя-

зано с большой разницей между дисперсией иммерсионных

жидкостей и минералов. Если одна из полосок остается на месте

(неподвижна), то достигнуто равновесие показателей прелом-

ления для соответствующей части спектра (красной или синей).

Определение показателя преломления сводится к подбору жид-

кости, показатель преломления которой равен показателю пре-

ломления минерала.

Вторым способом определения показателей преломления ми-

нерала и среды является метод косого освещения [Татар-

ский В. Б., 1949 г.; Логвиненко Н. В., 1974].

Одним из методом оценки показателей преломления явля-

ется способ фокального экранирования. Среди различных спо-

собов оценки данным методом наибольшей популярностью поль-

зуется метод кольцевого экранирования, как наиболее эконо-

мичный по времени. Давая такую же или более высокую

точность определения показателей преломления, как и метод

Бекке, он не требует получения ориентированных разрезов с по-

мощью коноскопического метода и дает выигрыш во времени,

особенно в случае одноосных и двуосных минералов.

Последовательность операций при определении показателей

преломления такова.

1. Используется микроскоп марки МИН-10. Снимается кон- .

депсорная линза и регулируется освещенность поля зрения. Для

этого уменьшением диафрагмы микроскопа добиваются цент-

рального положения осветителя.

2. Производится точная настройка микроскопа с объекти-

вом, снабженным диафрагмой.

3. Работая с открытой диафрагмой объектива, меняют жид-

кости из иммерсионного набора, добиваясь так называемой

ориентирующей окраски (оранжево-красной или сине-фиолето-

вой), свидетельствующей о сближении показателей преломле-

ния минерала и жидкости. Ориентирующая окраска появляется

при разнице в показателях преломления 0,010—0,015.

4. Продолжая смену жидкостей, добиваются получения на

большей части зерен фиксирующей окраски (желтой или зеле-

но-голубой). Работа ведется с полузакрытой диафрагмой объ-

ектива.

5. Используя таблицы значений дисперсии показателей пре-

ломления жидкости и формулу п

=п

±Ап/2 определяют пока-

затели преломления минерала *.

Кроме показателей преломления в иммерсионном препарате

оценивают и другие важные диагностические признаки минера-

лов: силу двупреломления, характер угасания (прямое, симмет-

ричное или косое), угол погасания, знак удлинения, осность и

оптический знак. В качестве дополнительных характеристик

используют дисперсию оптических осей, значение угла 2V, спай-

ность (наличие или отсутствие, степень ее совершенства), число

систем спайности, форму зерна и другие признаки.

Имея наиболее важные константы (приблизительно) и со-

брав дополнительные данные по ряду других диагностических

признаков, определяют минерал, используя табл. 15—20.

Для определения распространенных минералов тяжелой и

легкой фракции по таблицам необходимо знать показатель пре-

ломления (приближенно), осность, ?нак кристалла, окраску ми-

нерала (если окрашенный) и знак удлинения**.

* Подробно основы иммерсионного метода изложены во многих учеб-

никах и специальных руководствах [Логвиненко Н. В., 1974 г.; 1957; Черка-

сов Ю. А., 1957; Фролов В. Т., 1964 и др.]. Наиболее детально и системати-

чески этот метод дан в руководстве В. Б. Татарского по кристаллооптике и

иммерсионному методу. Необходимыми пособиями при изучении минералов

иммерсионным методом являются справочники Е. Ларсена и Г. Бермана

[1965] и А. Н. Винчелла и Г. Винчелла [1953 г.].

** При изучении легкой фракции удобно брать жидкость с показателем

преломления 1,540—1,542, в которой легко отделяются ортоклаз, микроклин,

кислые плагиоклазы, опал и гипс («<1,540) от кварца, средних и основных

плагиоклазов и слюд (л>1,540).

При исследовании тяжелой фракции следует применять жидкость с по-

казателем преломления 1,700, в которой удается отделить корунд, дистен,

ставролит, ксенотим, монацит, эпидот, сфен, анатаз, брукит, рутил, циркон,

гиперстен, хлоритоид и сидерит (л>1,700) от пироксенов, амфиболов, тур-

малина, апатита, топаза, барита, андалузита, силлиманита, биотита, муско-

вита, кальцита, доломита, ангидрита, целестина и некоторых других (п<

<1,700). Конечно, иногда приходится применять и другие жидкости, но, как

правило, можно вести определение в одной. Определяя минералы по табли-

цам, достаточно знать приближенно показатель преломления исследуемого

минерала (например, л>1,540 или л<1,540 и т. п.), что вместе с другими

данными (двупреломление, угасание, окраска, плеохроизм и т. п.) дает воз-

можность установить, с каким минералом имеет дело исследователь.

ТАБЛИЦА IS

Изотропные минералы

(В скрещенных николях минералы остаются темными во всех

положениях при вращении столика микроскопа и не дают

интерференционной фигуры)

Окрашенные

Показатель

преломления

Бесцветные

Красные

Коричне-

вые,

бурые и

Зеленые

Синие

розовые

желтые

<1,500

Галлуазит, аллофай,

Алло-

Флюорит

анальцим,

сильвин,

фан, фан,

опал, вулканическое флюорит

флюорит

стекло, флюорит, квас-

цы

1,500—1,542 Вулканическое стек-

Алло-

Аллофан

ло, леицит,

галлуазит, фан,

аллофан

янтарь

1,542—1,600

Вулканическое стек-

ло, галлуазит, алло-

фан, галит, коллофан

Алло-

фан

Аллофан

1,600—1,700 Вулканическое стек-

ло, коллофан

Шпинель, 1,700—1,780

ло, коллофан

Шпинель, Пироп, Гроссу-

Гроссу-

Плео-

альман-

в мел-

гроссу- ляр

ляр,

наст

дин, пи-

ких

ляр,

шпи-

роп, грос-

зернах

альман- нель.

суляр

дин,

_ плео-

суляр

шпинель

наст

>1,780

Альмандин алмаз

Cnec-

сартин,

альман-

дин,

андра-

дит,

пикотит

Андра-

дит,

спессар-

тин, пи-

котит,

лимонит

(аморф-

ный)

Андра-

дит,

уваро-

вит

ТАБЛИЦА 16

Бесцветные анизотропные минералы*

(В скрещенных николях просветляются при вращении столика микроскопа

в сечениях, перпендикулярных к оптической оси, остаются темными, дают

интерференционную фигуру)

Показатель

Одноосные Двуосные

преломления

+ • -

<1,500 Кальцит ±**

Шабазит,

морденит

Шабазит,

морденит

(птшшлит),

монтморил-

лонит

•Наряду с бесцветными в таблицу включены минералы серые (например, брукит

и др.).

"ί — знак зоны или удлинения.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ТАБЛ.

Показатель

Одноосные

Двуосные

преломления

+ '

1,500—1,542 Лейцит

Кальцит

±,

Кварцин

-)·-,

Кордие-

доломит

±,

халцедон

—,

рит — ,***

нефелин

—,

гипс

—,

ортоклаз

±,

магнезит

альбит

мнкрокли!!

±.

монтморил-

лонит

1,542—1,600 Кварц

-f,

Нефелин

—,

Альбит

—

Кордиерит

—,

алунит

—

кальцит

±,

олигоклаз

±,

каолинит

-f,

доломит

±,

ангидрит

—,

тальк

берилл

—,

Лабрадор

—,

лепидолит

магнезит

гиббсит

пирофиллит

-К

мусковит

гидрослюды

4",

арагонит

—,

анортит

—,

олигоклаз

±,

андезин

1,600—1,700

Кальцит

±,

Сподумен,+ Арагонит

—,

тремолит

доломит

±,

ангидрит

—,

Арагонит

—,

тремолит

апатит

—,

диопсид+,

глаукофан,

даллит

±,

силлиманит

-Ь,

андалузит

—,

турмалин

—,

топаз

дюморть-

сидерит

±,

барит

-(-,

ерит

—, вол-

магиезит

целестин

4".

оливин

±,

энстатит

-f-,

цоизит

ластонит

1,700-1,780

Ксенотим

Сидерит

±,

Геденбергит

—,

Эпидот

±,

корунд

—

цоизит

±,

клиноцои-

зит ±,

диаспор

—

дистен

>1,780

Шеелит,

Сидерит

±,

Сфен

—,

касситерит

анатаз

монацит

•

циркон

брукит

ксенотим

***

Плеохроичные минералы даны курсивом.

ТАБЛИЦА

Красные, розовые, розовато-лиловые анизотропные минералы

(В

скрещенных николях просветляются

при

вращении столика

микроскопа,

сечениях, перпендикулярных

оптической

оси,

остаются темными,

дают интерференционную фигуру)

Показатель

преломления

Одноосные двуосные

Показатель

преломления

+ ι -

- '

<1,500

1,500—1,542

1,542—1,600

Кварц

(аметист)

Лепидолит -Г

ПРОДОЛЖЕНИЕ ТАБЛ.

Показатель

Одноосные

Двуосные

преломления

1,600—1,700

1,700—1,780

>1,780

Кассите-

рит-+

циркон

+ ,

рутил

шеелит

Турмалин

—

Корунд

—

Анатаз

±,

гематит

Цоизит

±,

сподумен

Цоизит

Глаукофан

—,

тремолит

андалузит

—,

аксинит,

дюмортье-

рит —

Jlenudo-

мелан

гиперстен

Гетит,

лепидокрокит

ТАБЛИЦА

Желтые, бурые

коричневые анизотропные минералы

(В

скрещенных ннколях просветляются

при

вращении столика

микроскопа,

сечениях, перпендикулярных

оптической

оси,

остаются темными, дают интерференционную фигуру)

Показатель

Одноосные

Двуосные

преломления

+ + -

<1,500

1,500—1,542

Доломит

Кордиерит

—,

ортоклаз

1,542—1,600

Доломит

±,

берилл

—

Нонтронит

-Ь

Кордиерит

—,

каолинит

лепидолит

мусковит

арагонит

—,

глауконит,

1,600—1,700

нонтронит

1,600—1,700 Доломит

±,

Авгит

±,

Глауконит,

турмалин

—,

сподумен

арагонит

—,

биотит

апатит

—,

антофил-

арагонит

—,

биотит

сидерит

± лит +,

энстатит

гиперстен

роговая

обманка

H-,

лепидоме-

лан +

1,700—1,780 Ксенотим

Везувиан

—,

Ставролит

H-,

Эпидот

-г,

сидерит

±,

авгит

гиперстен

ярозит

лепидомелан

эгирин

(ак-

мит)—

>1,780

Шеелит, Сидерит

±,

С фен.

Гетит

±,

касситерит

+ ,

анатаз

±, -

монацит

+ ,.

лепидокрокит,

циркон

ярозит

брукит

эгирин

рутил

(акмит)

—

ксенотим

ТАБЛИЦА 19

Синие и лиловые анизотропные минералы

(В скрещенных николях просветляются при вращении столика

микроскопа, в сечениях, перпендикулярных к оптической оси,

остаются темными, дают интерференционную фигуру)

Показатель

Одноосные

Двуосные

преломления

<1,500

1,500—1,542

Кордиерит —

1,542-1,600

Берилл —

Кордиерит —

1,600—1,700 Турмалин —

апатит —

Арфвед-

сонит —

Дюмортьерит —,

глаукофан +,

рибекит —,

арфведсонит —

1,700-1,780

Корунд — Хлоритоид —

Дистен +,

гиперстен +

>1,780 Анатаз ±

ТАБЛИЦА 20

Зеленые анизотропные минералы

(В скрещенных николях просветляются при вращении столика

микроскопа, в сечениях, перпендикулярных к оптической оси,

остаются темными, дают интерференционную фигуру)

Показатель

Одноосные

Двуосные

преломления

<1,500

1,500—1,542

1,542—1,600

Нонтронит +,

хлорит +

Нонтро-

нит +-,

хлорит +-,

глауконит

1,600—1,700

Aniirniim —,

турмалин —

Цоизит ±,

силлиманит ±,

диопсид +,

энстатин +,

авгит ±

Тремолит +,

актинолит

гиперстен +,

андалузит —,

роговая

обманка +,

биотит H-,

дюмортье-

рит —,

глауконит

1,700—1,780

Везувиан —

Геденбергит —,

авгит ±,

хлоритоид —,

циозит ±

Гиперстен +,

эпидот +,

эгирин

(акмит) —

>1,780

Циркон -f,

шеелит

Монацит H-

Эгирин

(акмит) —