Закономірності зміни вмісту та розподілу летких компонентів у мінералах

Гази і леткі рідини, що утримуються у відкритих і закритих порах, а також продукти дисоціації й конденсації гідроксильної, карбонатної та інших хімічних груп у мінералі формують газопіролітичний спектр даного мінералу, що утворився за певних термодинамічних умов. Спектр характеризує динамік...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Мінералогічний журнал
Date:	2009
Main Authors:	Кульчицька, Г.О., Возняк, Д.К., Остапенко, С.С.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України 2009
Subjects:	Мінералогія
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61551
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Закономірності зміни вмісту та розподілу летких компонентів у мінералах / Г.О. Кульчицька, Д.К. Возняк, С.С. Остапенко // Мінералогічний журнал. — 2009. — Т. 31, № 2. — С. 48-57. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860186638617935872
author	Кульчицька, Г.О. Возняк, Д.К. Остапенко, С.С.
author_facet	Кульчицька, Г.О. Возняк, Д.К. Остапенко, С.С.
citation_txt	Закономірності зміни вмісту та розподілу летких компонентів у мінералах / Г.О. Кульчицька, Д.К. Возняк, С.С. Остапенко // Мінералогічний журнал. — 2009. — Т. 31, № 2. — С. 48-57. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Мінералогічний журнал
description	Гази і леткі рідини, що утримуються у відкритих і закритих порах, а також продукти дисоціації й конденсації гідроксильної, карбонатної та інших хімічних груп у мінералі формують газопіролітичний спектр даного мінералу, що утворився за певних термодинамічних умов. Спектр характеризує динаміку виділення дискретних порцій летких компонентів з підвищенням температури — від адсорбованих газів до хімічно зв’язаних груп, залежно від сили їх утримування в мінералі. Найпоширеніші серед них — Н₂, Н₂О, СО, СО₂ і СН₄. Всі частини спектра взаємопов’язані. Флюїдні компоненти включень — це лише один із фрагментів цілісного газопіролітичного спектра. Спектри для мінеральних парагенезисів більш інформативні, ніж для окремих мінералів. Порівняння кількох тисяч спектрів мінералів і мінеральних парагенезисів дозволило виявити головні закономірності зміни спектрів залежно від умов мінералоутворення. Газы и летучие жидкости, которые содержатся в открытых и закрытых порах, а также продукты диссоциации и конденсации гидроксильной, карбонатной и других химических групп в минерале формируют газопиролитический спектр данного минерала, который образовался в определенных термодинамических условиях. Спектр характеризует динамику выделения дискретных порций газообразных веществ по мере повышения температуры — от адсорбированных газов до химически связанных групп в зависимости от силы, с которой они удерживаются в минерале. Самые распространенные из них — Н₂, Н₂О, СО, СО₂ і СН₄ — обнаруживаются в продуктах пиролиза любого минерала. Все части спектра взаимозависимы. Полученные спектры позволяют кроме общего содержания летучих компонентов в минерале определить вклад каждого из источников газообразных соединений. Спектры минеральных парагенезисов более информативны, чем таковые отдельных минералов. Статистически обработано 600 спектров минеральных парагенезисов, отражающих разнообразие минерального мира. Содержание самых распространенных летучих компонентов в продуктах пиролиза силикатных минералов составляет от 10—1000 г/т для Н₂ и СО до 100—100 000 г/т для Н₂О и СО₂. Содержание СН₄ не превышает 100 г/т. Сравнительный анализ нескольких тысяч газопиролитических спектров с данными минералогического и термобарического исследований позволил установить некоторые закономерности изменения состава продуктов пиролиза в температурных интервалах в связи с условиями минералообразования. Gases and volatile liquids retained in open and closed pores along with products of dissociation and condensation of chemical groups in a mineral form gas pyrolytic spectrum. The gas pyrolytic spectrum is a typomorphic attribute of the mineral, crystallized in certain thermodynamic conditions. The spectrum defines the dynamics of discrete portions of volatile component emission with temperature increase, depending on the force of their retention in the mineral. The most prevailing components are H₂, H₂O, CO, CO₂ and CH₄. All parts of the spectrum are organic. Fluid components of inclusions are only some fragments of the integral gas pyrolytic spectrum. Spectrums of mineral paragenesis are more informative than those of separate minerals. Statistical analysis of 600 spectrums of different minerals and mineral paragenesis demonstrated that the content of the most prevailing volatile components in the products of pyrolysis of silicate minerals makes from 10 to 1000 g/t for H₂ and CO, from 100 to 100 000 g/t for H₂O and CO₂. Content of CH₄ does not exceed 100 g/t. A comparative analysis of several thousands of gas pyrolytic spectrums with mineralogical and thermobaric research data enabled to determine some regular change of pyrolysis products' composition with conditions of mineral formation.
first_indexed	2025-12-07T18:04:19Z
format	Article
fulltext	48 ISSN 0204�3548. Mineral. Journ. (Ukraine). 2009. 31, No 2 УДК 549�13:543.544 Г.О. Кульчицька, Д.К. Возняк, С.С. Остапенко ЗАКОНОМІРНОСТІ ЗМІНИ ВМІСТУ ТА РОЗПОДІЛУ ЛЕТКИХ КОМПОНЕНТІВ У МІНЕРАЛАХ Гази і леткі рідини, що утримуються у відкритих і закритих порах, а також продукти дисоціації й конденсації гідроксильної, карбонатної та інших хімічних груп у мінералі формують газопіролітичний спектр даного мінера4 лу, що утворився за певних термодинамічних умов. Спектр характеризує динаміку виділення дискретних порцій летких компонентів з підвищенням температури — від адсорбованих газів до хімічно зв’язаних груп, залежно від сили їх утримування в мінералі. Найпоширеніші серед них — Н2, Н2О, СО, СО2 і СН4. Всі частини спектра взаємопов’язані. Флюїдні компоненти включень — це лише один із фрагментів цілісного газопіролітичного спектра. Спектри для мінеральних парагенезисів більш інформативні, ніж для окремих мінералів. Порівняння кількох тисяч спектрів мінералів і мінеральних парагенезисів дозволило виявити головні закономірності зміни спектрів залежно від умов мінералоутворення. E4mail: kulchec@ukr.net МІНЕРАЛОГІЧНИЙ ЖУРНАЛ MINERALOGICAL JOURNAL (UKRAINE) Вступ. Однією з ключових проблем геології є проблема флюїдного режиму мінералоутво4 рення, інформацію щодо якого надають леткі компоненти мінералів. Бурхливий розвиток вчення про флюїдні включення (термобаро4 геохімії) у другій половині минулого сторіччя супроводжувався пильною увагою не лише до термобаричних характеристик законсервова4 них у включеннях флюїдів, а й до їхніх га4 зохімічних показників. Домінували дослід4 ження валового вмісту летких компонентів у мінералах, вилучених тим чи іншим способом (розчавлюванням, подрібненням, нагріван4 ням), здійснені за допомогою різних методів (волюмометричного, мас4спектрометричного, газохроматографічного). Найбільші центри досліджень на терені колишнього Радянського Союзу існували у Львові (В. Калюжний та йо4 го учні), Москві (О. Міронова, Д. Хітаров), Іркутську (Ф. Лєтніков). Лабораторії вели по4 шук методик, які б сприяли найменшому спотворенню істинного вмісту флюїдних включень [2, 9]. Тому пропозиція [1, 8] збіль4 шити температуру вилучення летких компо4 нентів до 700, а то й до 1000 °С на загал була сприйнята негативно. Оптимальною для термічного способу вилучення вважали темпе4 ратуру масового розтріскування флюїдних включень у даному мінералі (від 200 до 500 °С), яку визначали на підставі декрептограм або за теоретичною межею міцності мінералу на роз4 рив. Через те, що методики відрізнялися одна від одної, порівнювати дані щодо вмісту флюїдних компонентів у мінералах було не4 можливим. Запропонована нами методика дослідження складу летких компонентів мінералів, вилуче4 них термічним способом, не обмежує темпе4 ратуру піролізу, але максимального значення досягають не відразу: підвищують температуру поступово, аналізуючи склад продуктів піро4 лізу через рівні проміжки температури. Ме4 тодика створена на базі оригінальної піро4 літичної газохроматографічної установки [4], особливість якої дозволяє з однієї наважки на одному сорбенті визначати майже всі найпо4 ширеніші леткі компоненти мінералів. При цьому термічна взаємодія між ними зводиться до мінімуму. © Г.О. Кульчицька, Д.К. Возняк, С.С. Остапенко, 2009 ЗАКОНОМІРНОСТІ ЗМІНИ ВМІСТУ ТА РОЗПОДІЛУ ЛЕТКИХ КОМПОНЕНТІВ У МІНЕРАЛАХ ISSN 0204�3548. Мінерал. журн. 2009. 31, № 2 49 Переслідувалась мета дослідити всі леткі компоненти мінералів, встановити місце флюїдів із включень серед них і порівняти мінерали між собою за вмістом і розміщенням летких компонентів. Результати дослідження. Внаслідок дослід4 ження отримано своєрідні спектри мінералів, названі газопіролітичними, що містять дані про динаміку виділення з мінералу дискрет4 них порцій двох десятків сполук Гідрогену, Нітрогену, Карбону, Сульфуру і Оксигену за4 лежно від температури нагрівання (рис. 1). Вміст більшості летких сполук у мінералі заз4 вичай нижчий за поріг чутливості приладу і лише в окремих випадках та за певної темпе4 ратури піролізу перевищує його. Лише шість сполук — Н2О, Н2, СО2, СО, СН4 і N2 — при4 лад фіксує під час піролізу будь4якого мінера4 лу, а чотири з них — Н2, Н2О, СО і СО2 — без4 перервно майже у всіх проміжках від низьких до високих значень температури. Тому для порівняння мінералів і мінеральних комп4 лексів та виявлення закономірностей зміни складу і вмісту летких компонентів від умов утворення мінералів використано чотириком4 понентні газопіролітичні спектри, в окремих випадках — п’ятикомпонентні (з СН4). В процесі кристалізації леткі елементи, так само як будь4які інші, нерівномірно роз4 поділяються між мінералами. Тому спектри для окремих мінералів парагенетичної асоці4 ації помітно відрізняються за вмістом летких компонентів, хоча конфігурація відповідних кривих на спектрах на загал зберігається. Як4 що бути точним, то практично неможливо підготовити для аналізу окремий мінерал: завжди у пробу потраплятимуть вростки і включення інших мінералів, від яких дослід4 ник позбавляється чисто суб’єктивно. Міне4 ральні парагенезиси, що утворилися в однако4 вих умовах, навпаки, характеризуються спект4 рами подібної конфігурації, хоча кількісні ха4 рактеристики для кожного з компонентів різні. Спектри для мінеральних парагенезисів точніше відображають співвідношення летких компонентів у середовищі мінералоутворен4 ня, тому вони інформативніші за такі для ок4 ремих мінералів. Створений банк даних, який налічує кілька тисяч аналізів, свідчить, що вміст летких ком4 понентів у мінеральних парагенезисах коли4 вається у порівняно вузьких межах. Для ста4 тистичної обробки задіяні результати понад 600 аналізів, виконаних за єдиною методикою. Спектри записані в ідентичних умовах для фракції –0,5 +1 мм. До колекції ввійшли зразки осадових, гідротермальних, мета4 морфічних і магматичних порід, відібрані на території колишнього Радянського Союзу і за його межами. Більша частина зразків характе4 ризує геологічні утворення Українського щита та його обрамлення. Це рудні й безрудні квар4 цові жили, камерні й рідкіснометальні пегма4 тити, сієніти, граніти й карбонатити, базальти, зелені сланці, пісковики, глини тощо. Ко4 лекція представляє 40 мінеральних комплексів різного генезису і умов утворення і, на наш погляд, достатньо повно відображає розмаїття мінерального світу, основу якого складають силікатні мінерали. На діаграму (рис. 2) вине4 сені середні значення для кожного з мінераль4 них комплексів, розраховані за сумарним вмістом леткого компонента в продуктах піролізу (від 50 до 1050 °С). Комплекси оха4 Рис. 1. Багатокомпонентний (а) і чотирикомпонентний (б) газопіролітичні спектри мінералу Г.О. КУЛЬЧИЦЬКА, Д.К. ВОЗНЯК, С.С. ОСТАПЕНКО 50 ISSN 0204�3548. Mineral. Journ. (Ukraine). 2009. 31, No 2 рактеризовані нерівномірно — від кількох зразків до кількох десятків, але стандартне відхилення кожного з компонентів від се4 реднього значення у межах комплексу не пе4 ревищує 100 %. Для стійких парагенетичних мінеральних асоціацій (осадових, матаморфо4 генних чи вивержених порід) стандартне відхилення значення вмісту Н2, Н2О, СО і СО2 зазвичай коливається на рівні 50—100 %. Ли4 ше тоді, коли аналізували окремі мінерали комплексу або крайні диференціати порід, стандартне відхилення досягало 300 %. Якщо порівнювати утворені леткі сполуки за об’ємом (приведеним до нормальних умов), то у продуктах піролізу мінералів будь4якого генезису домінують СО2 і Н2, найменше у га4 зовій суміші Н2О і СН4. За масою переважа4 ють Н2О і СО2, а Н2 не поступається масою лише СН4. У молярних одиницях також найбільше Н2О. Оскільки у будові молекул га4 зу задіяна різна кількість атомів леткого еле4 мента, то для розрахунку кількості речовини доцільніше використовувати як формульну одиницю атоми Гідрогену і Карбону, а не мо4 лекули їхніх сполук. Такий перерахунок пока4 зує (рис. 3), що у мінералах найбільше атомів Гідрогену, які зв’язуються з Оксигеном у виг4 ляді Н2О. Найменша кількість атомів задіяна на утворення відновних сполук типу СО і СН4, що цілком зрозуміло, оскільки сильно відновні умови мінералоутворення трапля4 ються не так часто. Утворення Н2, який також належить до відновних газів, відбувається частіше. На побудову молекул водню витра4 чається майже така сама кількість атомів Гідрогену, як атомів Карбону на побудову СО2. Рис. 2. Коливання вмісту летких сполук у продуктах піролізу мінералів. Осадові (1—5), гідротермальні (6—9), ефузивні (10), дайкові (11—13), пегматитові (14—18), магматичні (19—35) і метаморфогенні (36—40) мінеральні комплекси. 1 — H2, 2 — H2O, 3 — CO, 4 — CO2, 5 — CH4 ЗАКОНОМІРНОСТІ ЗМІНИ ВМІСТУ ТА РОЗПОДІЛУ ЛЕТКИХ КОМПОНЕНТІВ У МІНЕРАЛАХ ISSN 0204�3548. Мінерал. журн. 2009. 31, № 2 51 І лише в дуже карбонатизованих породах ця пропорція порушується. Розміщення точок на рис. 3 відображає загальну тенденцію будови спектрів, на яких криві виділення Н2О і СО займають крайні положення, а зближені криві Н2 і СО2, розміщені між ними, перети4 наються або паралельні (рис. 1, б), іноді навіть суміщені. Загальна маса піролітичного газу, утворено4 го за температури 50—1050 °С, не дозволяє ви4 явити залежність вмісту летких компонентів у мінералах від умов утворення мінерального парагенезису. Хіба що мінерали осадових комплексів дещо багатші на Н2О, ніж інші. Для всіх мінеральних комплексів фіксується той самий порядок коливань вмісту летких компонентів. Найменші коливання вміcту властиві Н2, його величина змінюється трохи більше ніж на десятковий порядок, якщо не брати до уваги бітуми та подібні до них утворення. Для СО і СН4 значення змінюють4 ся у межах двох, для Н2О і СО2 — трьох по4 рядків. У бітумоїдах кількість відновних газів, особливо СН4 і Н2, зростає на декілька по4 рядків на тлі помірних значень СО2 і Н2О. Максимальний вміст Н2О, близько 20 % від маси зразка (200 000 г/т), зафіксований у син4 тетичних і деяких природних силікагелях, хо4 ча в довідниках наведено більше значення. Отримані максимальні величини для СО2, близько 5 % від маси проби, обмежені особли4 востями даної методики, яка за високого вмісту СО2 у мінералі не дозволяє визначати інші леткі сполуки. У випадку кальцитової чи магнезитової породи це число буде на порядок більшим, тобто коливання значення вмісту СО2 є найбільшими і сягають чотирьох по4 рядків. Вміст СН4 у силікатних породах дуже рідко перевищує 100 г/т. Коливання кількості виділення летких спо4 лук в межах конкретного температурного інтервалу дещо більші порівняно з тими, що спостерігаються для загальної їх суми, хоча розташування на діаграмі кривих, що відобра4 жають середні значення поінтервального виділення Н2 і СО для кожного з комплексів, досить компактне (рис. 4). Лише керити й ант4 раксоліти займають на діаграмі чітко відок4 ремлене положення (пунктирна лінія). Розсі4 ювання кривих Н2О і СО2 набагато сильніше, що підкреслює більшу залежність цих летких сполук від зміни термодинамічних параметрів. Важливо, що спостерігається різна направ4 леність ліній аж до протилежної. Як показують жирні штрихові лінії на діаграмі, для одних комплексів збільшення кількості СО2 відбу4 вається з підвищенням температури піролізу, для інших — зі зниженням. Ще інші лінії свідчать про рівномірне виділення СО2 зі зміною температури. З діаграми видно, що визначення вмісту СО2 в одному температур4 ному діапазоні, навіть дуже широкому, не Рис. 3. Коливання вмісту летких сполук у продуктах піролізу мінералів. Мінеральні комплекси розташовані в порядку збільшення кількості СО2. 1 — Н2, 2 — Н2О, 3 — СО, 4 — СО2 відображає складності тих процесів, які керу4 ють входженням летких компонентів у міне4 рал, і не може бути використаним для їх порівняння. Ще складніша поведінка води. Максимум виділення води, так само як СО2, в одних мінеральних комплексах спостерігаєть4 ся за низької температури, в інших за високої, що пов’язано з неоднаковим її знаходженням у мінералах, з різними джерелами води. Відповідно до виявлених джерел [5, 7], ліва, низькотемпературна, частина спектра харак4 теризує молекулярні гази, що виділяються з відкритих (адсорбовані гази) і закритих (флю4 їдні включення) пор, якщо такі існують всере4 дині мінеральних індивідів або між ними. Тем4 пература виділення адсорбованих газів не пе4 ревищує 250 °С, максимум виділення флюїдів із включень зазвичай припадає на 450 °С. Пра4 ва, високотемпературна (>650 °С), частина спектра ілюструє динаміку виділення про4 дуктів дисоціації і конденсації хімічних груп, до складу яких входять леткі елементи. Централь4 на частина спектра (між 450 і 650 °С) формуєть4 ся одночасно із двох джерел. З одного боку, це мікроскопічні флюїдні включення, розмір яких наближається до кількох молекул, з іншого — точкові дефекти у вигляді окремих атомів лет4 ких елементів, хімічно зв’язаних з мінералом. Сила взаємодії молекул зі стінками мікровклю4 чення настільки велика, що вони уподібню4 ються за властивостями до точкових дефектів. На рис. 5 показано спектр віртуального мінералу з флюїдними включеннями, в якому близько 450 °С виражений чіткий максимум Г.О. КУЛЬЧИЦЬКА, Д.К. ВОЗНЯК, С.С. ОСТАПЕНКО 52 ISSN 0204�3548. Mineral. Journ. (Ukraine). 2009. 31, No 2 Рис. 4. Криві вмісту Н2 і СО2, які характеризують середній хід виділення цих компо4 нентів під час нагрівання кожного з 40 мінеральних комплексів ЗАКОНОМІРНОСТІ ЗМІНИ ВМІСТУ ТА РОЗПОДІЛУ ЛЕТКИХ КОМПОНЕНТІВ У МІНЕРАЛАХ ISSN 0204�3548. Мінерал. журн. 2009. 31, № 2 53 виділення Н2О, СО2 і СН4. Реальний мінерал аналогічного складу не траплявся. Лише на4 явність подібного максимуму дозволяє при4 пускати, що виділення відповідних сполук пов’язане з флюїдними включеннями. Якщо такий максимум відсутній, питання про на4 явність включень цього флюїду у мінералі за4 лишається відкритим. Вигляд спектра дозво4 ляє оцінити частку компонентів флюїдних включень на тлі газоподібних надходжень з інших джерел, чого не можна зробити, коли отримані дані обмежені одним температурним інтервалом, нехай саме тим, у якому дек4 репітують флюїдні включення. Лише окремі мінеральні індивіди, насамперед кварц, мають властивість утримувати у включеннях сильно стиснені гази, звільнення яких за відповідної температури формує чіткі максимуми в спект4 рах. Зазвичай криві виділення Н2О, СО2 і СН4 на цьому температурному відрізку субгори4 зонтальні або нахилені донизу, що свідчить про вкрай малу частку газів, законсервованих у включеннях. Ймовірність збереження цілісності вклю4 чень вище 650 °С стрімко падає. Права части4 на спектра формується виключно за рахунок хімічних груп з леткими елементами, які вхо4 дять до складу дефектів у мінералі — від точко4 вих до тримірних, або є компонентами його структури. Поверхня зерен чи уламків мінера4 лу з такої точки зору також належить до пло4 щинних дефектів. Найпоширенішими у міне4 ральному царстві є дві хімічні групи: ОН– і СО3 – — гідроксильна і карбонатна. Вони, відповідно, є головним джерелом Н2О і Н2 та СО2 і СО у продуктах піролізу мінералів, що ілюструють спектри. У правій частині багатьох спектрів криві виділення Н2 і Н2О паралельні, що, вочевидь, є наслідком десорбції ОН4груп як спільного джерела Гідрогену (рис. 6). Це са4 ме можна відзначити для пари СО2 — СО, що утворюється за рахунок карбонатних груп. Ко4 релятивний зв’язок між СО2 і СО підкреслю4 ють графіки на рис. 2 і 3, між Н2О і Н2 він про4 явлений слабше. Якщо у правій частині спект4 ра вказані пари кривих синхронно ускладнені максимумом, то це ознака того, що біля одно4 го з катіонів утримується найбільше хімічних груп. За температурою такого максимуму можна визначити цей катіон. У центральній і лівій частинах спектра окрім продуктів роз4 кладання ОН4 і СО34груп відображаються продукти розкладання органічних, карбо4 ксильних і гідрокарбонатних груп та молеку4 лярні гази, на тлі яких внесок ОН4 і СО34груп нівелюється. Всі частини спектра взаємопов’язані, що підтверджує плавна зміна кривих у спектрах. Про тісний зв’язок між флюїдами включень і хімічними групами у мінералі наголошувалось раніше [7, 8]. Проведені досліди з бентоніто4 вою глиною показали, що спостерігається та4 кож зв’язок між хімічними групами і адсор4 бованими газами. Просушування глини за температури 150 °С, що супроводжується ви4 даленням адсорбованої води, призводить до помітних змін у високотемпературній частині спектра — змінюється кількість Н2О, СО2 і Н2. Сукупність фізичних (відкритої і закритої по4 ристості) та хімічних (катіонного і аніонного складу) властивостей визначає тип газопіролі4 тичного спектра даного мінералу. На підставі результатів зіставлення даних щодо різноманітних мінералів раніше зробле4 но висновок, що на рівні з іншими ознаками Рис. 5. Газопіролітичний спектр віртуального мінералу з включеннями Н2О, СО2 і СН4. Спектр скомбіновано за результатами піролізу трьох різних мінералів. 1 — Н2О, 2 — СО2, 3 — СН4 Рис. 6. Синхронна поведінка кривих Н2О (1 ) і Н2 (2) у високотемпературній частині спектра як наслідок де4 хемосорбції гідроксильних груп Г.О. КУЛЬЧИЦЬКА, Д.К. ВОЗНЯК, С.С. ОСТАПЕНКО 54 ISSN 0204�3548. Mineral. Journ. (Ukraine). 2009. 31, No 2 газопіролітичний спектр належить до розряду типоморфних [6]. Він характеризує мінерал певного складу, який утворився в певних умо4 вах, бо леткі домішки найбільш чутливо реагу4 ють на зміну фізико4хімічних параметрів сере4 довища мінералоутворення. Спектри того са4 мого мінерального виду, але утвореного в різних умовах, помітно відрізняються. Для карбонатів оригінальність спектра підкреслю4 ють сполуки Гідрогену, для гідроксидів — спо4 луки Карбону. Так само відрізняються спектри постійних мінеральних асоціацій, тобто одно4 типних гірських порід. Створений банк даних дозволив звести все різноманіття газопіролічних спектрів міне4 ралів, порід і руд до кількох найпоширеніших типів (рис. 7). Тип І характеризується горизон4 тальним розміщенням кривих СО2 і СО, тоді як криві Н2 і Н2О розташовані під кутом до осі абсцис. Н2О, як правило, домінує над СО2. Цей тип зафіксований для поверхневих і ма4 логлибинних геологічних утворень — жил, дайок і навіть для деяких гранітних масивів. Тип ІІ, навпаки, характеризується майже го4 ризонтальним розміщенням кривих Н2 і Н2О, тоді як криві СО2 і СО носять січний характер. Для всіх карбонатоносних порід — від гідро4 термальних карбонатних жил до карбонатитів, отримано такий тип спектра. До проміжного між двома першими можна зачислити тип ІІІ — всі криві нахилені до осі абсцис. Його особливість полягає ще у тому, що криві СО2 і Н2 паралельні між собою або близькі до цього. Породи інтрузивних масивів Українського щита — від кислих до лужних, найчастіше ха4 рактеризує ІІІ тип спектра. Для багатьох пег4 матоїдних і пегматитових утворень спос4 терігається ІV тип спектра. Він вирізняється високим вмістом Н2, що зберігається у правій і лівій частинах спектра. Для цього типу також характерне збільшення частки СО2 у лівій час4 тині спектра. Попри відмінності, пов’язані зі складом мі4 нералів, спостерігаються певні закономірності зміни типу спектра залежно від умов форму4 вання мінерального парагенезису. Завдання полягає у тому, щоб описати ці закономірності за допомогою геологічних термінів, тобто пов’язати форму кривих на графіках зі зміна4 ми параметрів мінералоутворення. П’ять чинників середовища мінералоутво4 рення визначають кількість і розміщення лет4 Рис. 7. Найпоширеніші типи газопіролітичних спектрів мінеральних асоціацій. 1 — Н2, 2 — Н2О, 3 — СО, 4 — СО2 ЗАКОНОМІРНОСТІ ЗМІНИ ВМІСТУ ТА РОЗПОДІЛУ ЛЕТКИХ КОМПОНЕНТІВ У МІНЕРАЛАХ ISSN 0204�3548. Мінерал. журн. 2009. 31, № 2 55 ких сполук у мінералі: температура, тиск лі4 тостатичний, тиск гідростатичний (флюїд4 ний), активність іонів Гідрогену (кислотність) і активність іонів Оксигену (ступінь окиснен4 ня). На жаль, вміст і розміщення летких ком4 понентів у мінералах прямо не корелюють з геологічними чинниками. Криві виділення летких сполук з мінералу фіксують лише пере4 вищення впливу одних чинників над іншими, дія яких зазвичай різнонаправлена: якщо дія температури сприяє зменшенню кількості летких компонентів, то дія тиску направлена протилежно — на їх зв’язування в мінералі. Однак ті чи інші сполуки летких елементів по4 різному реагують на зміну термодинамічних параметрів, через що можливе часткове розме4 жування їхнього впливу. Порівняння численних спектрограм, отри4 маних для окремих мінералів та їх парагене4 тичних асоціацій, сформованих у різних гео4 логічних умовах, зіставлення їх з даними міне4 ралогічних і термобарометричних досліджень дозволили зробити висновок, що форма кри4 вих у спектрах найпомітніше залежить: кривої Н2О — від температури і літостатичного тиску, кривої СО2 — від температури, літостатичного і флюїдного тиску, кривої Н2 — від кислот4 ності і флюїдного тиску, кривої СО — від сту4 пеня окиснення і флюїдного тиску. Температу4 ра найпомітніше впливає на хімічно зв’язані леткі компоненти, що призводить до змін у правій частині спектра. Тиск більше впливає на молекулярні гази, що виявляється у лівій частині спектра. Температура впливає на за4 гальну кількість леткої сполуки, тобто на по4 ложення відповідної кривої на діаграмі, тиск визначає її нахил на діаграмі. Перехід хімічно зв’язаних летких компонентів у молекулярні сполуки за умов високої температури і перехід молекулярних газів у хімічні групи за умов ви4 сокого тиску відображається в спектрах як збільшення кількості летких компонентів, від4 повідно, то у лівій, то у правій їх частинах. Залежність вмісту води в мінеральному комплексі від літостатичного тиску чітко ви4 являється, якщо температура формування комплексу невисока. Глибокий мінімум у лівій частині спектра корелює з величиною літоста4 тичного навантаження (рис. 8). Це пов’язано зі зменшенням пористості порід і, відповідно, кількості води, що утримується у відкритих і закритих порах. Зі збільшенням температури формування порід мінімум розширяється, за4 хоплюючи центральну частину спектра. У спектрах високотемпературних утворень міні4 мум нівелюється, крива Н2О вирівнюється, займаючи при цьому на діаграмі крайнє нижнє положення, відображаючи рівновагу впливу на вміст Н2О у породі, яка встанови4 лась між температурою й тиском (рис. 8, кри4 ва 6). Якщо тиск підпорядковується дії темпе4 ратури, то сконденсована вода гідроксилів пе4 реміщується у пори мінералу, що проявляється в спектрі через відповідний максимум у лівій частині (рис. 8, крива 2). Вплив флюїдного тиску на форму кривої Н2О не так помітний, оскільки закриті чи відкриті пори на поведінці води мало відбиваються. СО2 як неполярний газ не може утримува4 тися у відкритих порах. За аналогічних умов (коли величина літостатичного тиску посту4 пається дії температури) подібний максимум на кривій СО2 буде лише тоді, коли пори зак4 риті, тобто збереглися флюїдні включення. Якщо пори відкриті, кількість СО2 у мінералі урівноважена флюїдним тиском і піролітичне утворення СО2 відбувається без максимумів і мінімумів. Відповідна крива в спектрах пара4 лельна осі абсцис. За умови переважання впли4 ву тиску над температурою на кривій виділення СО2 також фіксується мінімум у лівій частині спектра, який порівняно з кривою Н2О зміще4 ний в інтервал 50—250 °С (в область відкритих пор), так що присутнє тільки одне плече мінімуму. На спектрограмі це виглядає як нахи4 лення кривої СО2 до осі абсцис справа наліво. Вміст Н2 і СО у піролітичній суміші зале4 жить від температури утворення мінералу опо4 Рис. 8. Зміна форми кривих Гідрогену в Н2О в спект4 рах різних порід: 1 — глина бентонітова, 2 — перліт, 3 — сланець аргілітовий, 4 — базальт протерозойський, 5 — сланець хлоритовий, 6 — граніт протерозойський Г.О. КУЛЬЧИЦЬКА, Д.К. ВОЗНЯК, С.С. ОСТАПЕНКО 56 ISSN 0204�3548. Mineral. Journ. (Ukraine). 2009. 31, No 2 середковано, через кількість збережених за да4 ної температури ОН4 і СО34груп. За рівно4 значного їх поширення утворення Н2 і СО в продуктах піролізу буде залежати від характеру дисоціації цих груп. Про існування ОН4груп з кислотними і осно′вними властивостями по4 відомлялося раніше [3, 7]. Водню утворюється тим більше, чим кисліший характер ОН4груп. Для утворення СО має значення надлишок чи нестача Оксигену в мінералі. Це залежить не лише від фугітивності кисню ( fO2 ), а також від fCO2 і fH2O у середовищі мінералоутворен4 ня. Мінерал, що утворився у відновних умовах, генерує більше СО з карбонатних груп. Окрім того, його джерелом навіть у силікатних міне4 ралах можуть бути інші групи (карбоксильна, органічна тощо), які домінують в органічних мінералах і слугують головним джерелом Н2 і СО в продуктах піролізу цих мінералів. Висновки. Леткі компоненти мінералів — це не лише газ і рідина із включень. Під час нагрівання мінералів у піролізний газ надхо4 дять леткі сполуки з різних джерел, що утри4 муються там з різною силою. Оцінити внесок кожного із джерел дозволяє запропонована методика ступінчастого опробування піролізної суміші. Дискретні порції газів, що виділяються поступово під час збільшення тем4 ператури, формують газопіролітичний спектр мінералу як типоморфну ознаку певного мі4 нерального виду, що утворився в певних тер4 модинамічних умовах. Спектр кожного мі4 нералу містить як мінімум чотири криві лінії, що характеризують динаміку виділення Н2, Н2О, СО і СО2. У лівій, низькотемператур4 ній, частині спектра відображено внесок мо4 лекулярних газів, що утримуються у відкритих і закритих порах мінералу, високотемператур4 на частина (>650 °С) формується з продуктів дисоціації і конденсації хімічних груп, домі4 нантна роль серед яких належить гідроксиль4 ним і карбонатним групам. Обидві частини спектра взаємопов’язані як органічне ціле. Леткі компоненти нерівномірно розподіля4 ються між парагенетичними мінералами, тому для реконструкції флюїдного режиму мінера4 лоутворення доцільніше використовувати дані для мінеральних парагенезисів, а не окремих мінералів. Зіставлення даних дозволило зро4 бити висновок, що на характер кривих, от4 риманих внаслідок ступінчастого піролізу, найпомітніше впливають такі чинники міне4 ралоутворення: для Н2О — температура і лі4 тостатичний тиск, для СО2 — температура, літостатичний і флюїдний тиск, для Н2 — кис4 лотність і флюїдний тиск, для СО — ступінь окиснення і флюїдний тиск. Температура впливає на хімічно зв’язані леткі компоненти, від неї залежить будова високотемпературної частини спектра, тиск більше впливає на мо4 лекулярні гази, які представляє низькотемпе4 ратурна частина спектра. Наступне завдання полягає у тому, щоб інтегрувати складові цьо4 го процесу. 1. Калініченко А.М., Пасальська Л.Ф., Прошко В.Я., Матяш І.В. Флюїдні включення у кварці за даними ПМР і га4 зової хроматографії // Доп. АН УРСР. Сер. Б. — 1985. — № 4. — С. 23—26. 2. Калюжный В.А., Сворень И.М. Основы рационального применения методов анализа газовых компонентов флюидных включений (проблема определения водорода) // Минерал. сб. Львов. ун4та. — 1979. — № 33, вып. 1. — С. 35—41. 3. Кульчицкая А.А. Дифференциация кремнезема и летучие компоненты // Кварц. Кремнезем: Материалы Между4 нар. сем. (Сыктывкар, Республика Коми, Россия, 21—24 июня 2004 г.). — Сыктывкар: Геопринт, 2004. — С. 68—70. 4. Кульчицкая А.А., Возняк Д.К., Галабурда Ю.А., Павлишин В.И. Некоторые результаты высокотемпературной пи4 ролитической газовой хроматографии минералов пегматитов // Минерал. журн. — 1992. — 14, № 6. — С. 88—99. 5. Кульчицкая А.А., Возняк Д.К., Павлишин В.И., Галабурда Ю.А. Природа газов в продуктах пиролиза силикатов // Минералогические музеи. Материалы IV Междунар. симп. по истории минералогии и минералогических му4 зеев, геммологии, кристаллохимии и кристаллогенезиса. — СПб. : Изд4во Санкт4Петербург. ун4та, 2002. — С. 228—229. 6. Кульчицька Г., Возняк Д. Піроліз мінералів // Мінерал. зб. Львів. ун4ту. — 2004. — № 54, вип. 2. — С. 87—93. 7. Кульчицька Г.О., Возняк Д.К. Леткі компоненти мінералів як індикатори умов мінералоутворення // Мінерал. журн. — 2005. — 27, № 2. — С. 86—92. 8. Летников Ф.А., Шкарупа Т.А. Методическое руководство по хроматографическому анализу воды и газов в гор4 ных породах и минералах. — Иркутск, 1977. — 25 с. 9. Миронова О.Ф., Салазкин А.Н. Источники ошибок при деструктивном газовом анализе флюидных включений и пути их преодоления // Геохимия. — 1993. — № 5. — С. 697—709. Ін4т геохімії, мінералогії та рудоутворення Надійшла 13.03.2009 ім. М.П. Семененка НАН України, Київ ЗАКОНОМІРНОСТІ ЗМІНИ ВМІСТУ ТА РОЗПОДІЛУ ЛЕТКИХ КОМПОНЕНТІВ У МІНЕРАЛАХ ISSN 0204�3548. Мінерал. журн. 2009. 31, № 2 57 РЕЗЮМЕ. Газы и летучие жидкости, которые содержатся в открытых и закрытых порах, а также продукты дис4 социации и конденсации гидроксильной, карбонатной и других химических групп в минерале формируют газо4 пиролитический спектр данного минерала, который образовался в определенных термодинамических условиях. Спектр характеризует динамику выделения дискретных порций газообразных веществ по мере повышения тем4 пературы — от адсорбированных газов до химически связанных групп в зависимости от силы, с которой они удерживаются в минерале. Самые распространенные из них — Н2, Н2О, СО, СО2 і СН4 — обнаруживаются в про4 дуктах пиролиза любого минерала. Все части спектра взаимозависимы. Полученные спектры позволяют кроме общего содержания летучих компонентов в минерале определить вклад каждого из источников газообразных со4 единений. Спектры минеральных парагенезисов более информативны, чем таковые отдельных минералов. Ста4 тистически обработано 600 спектров минеральных парагенезисов, отражающих разнообразие минерального ми4 ра. Содержание самых распространенных летучих компонентов в продуктах пиролиза силикатных минералов составляет от 10—1000 г/т для Н2 и СО до 100—100 000 г/т для Н2О и СО2. Содержание СН4 не превышает 100 г/т. Сравнительный анализ нескольких тысяч газопиролитических спектров с данными минералогического и термо4 барического исследований позволил установить некоторые закономерности изменения состава продуктов пиро4 лиза в температурных интервалах в связи с условиями минералообразования. SUMMARY. Gases and volatile liquids retained in open and closed pores along with products of dissociation and conden4 sation of chemical groups in a mineral form gas pyrolytic spectrum. The gas pyrolytic spectrum is a typomorphic attribute of the mineral, crystallized in certain thermodynamic conditions. The spectrum defines the dynamics of discrete portions of volatile component emission with temperature increase, depending on the force of their retention in the mineral. The most prevailing components are H2, H2O, CO, CO2 and CH4. All parts of the spectrum are organic. Fluid components of inclusions are only some fragments of the integral gas pyrolytic spectrum. Spectrums of mineral paragenesis are more informative than those of separate minerals. Statistical analysis of 600 spectrums of different minerals and mineral parage4 nesis demonstrated that the content of the most prevailing volatile components in the products of pyrolysis of silicate mi4 nerals makes from 10 to 1000 g/t for H2 and CO, from 100 to 100 000 g/t for H2O and CO2. Content of CH4 does not exceed 100 g/t. A comparative analysis of several thousands of gas pyrolytic spectrums with mineralogical and thermobar4 ic research data enabled to determine some regular change of pyrolysis products' composition with conditions of mineral formation.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61551
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0204-3548
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T18:04:19Z
publishDate	2009
publisher	Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України
record_format	dspace
spelling	Кульчицька, Г.О. Возняк, Д.К. Остапенко, С.С. 2014-05-07T21:16:50Z 2014-05-07T21:16:50Z 2009 Закономірності зміни вмісту та розподілу летких компонентів у мінералах / Г.О. Кульчицька, Д.К. Возняк, С.С. Остапенко // Мінералогічний журнал. — 2009. — Т. 31, № 2. — С. 48-57. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 0204-3548 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61551 549-13:543.544 Гази і леткі рідини, що утримуються у відкритих і закритих порах, а також продукти дисоціації й конденсації гідроксильної, карбонатної та інших хімічних груп у мінералі формують газопіролітичний спектр даного мінералу, що утворився за певних термодинамічних умов. Спектр характеризує динаміку виділення дискретних порцій летких компонентів з підвищенням температури — від адсорбованих газів до хімічно зв’язаних груп, залежно від сили їх утримування в мінералі. Найпоширеніші серед них — Н₂, Н₂О, СО, СО₂ і СН₄. Всі частини спектра взаємопов’язані. Флюїдні компоненти включень — це лише один із фрагментів цілісного газопіролітичного спектра. Спектри для мінеральних парагенезисів більш інформативні, ніж для окремих мінералів. Порівняння кількох тисяч спектрів мінералів і мінеральних парагенезисів дозволило виявити головні закономірності зміни спектрів залежно від умов мінералоутворення. Газы и летучие жидкости, которые содержатся в открытых и закрытых порах, а также продукты диссоциации и конденсации гидроксильной, карбонатной и других химических групп в минерале формируют газопиролитический спектр данного минерала, который образовался в определенных термодинамических условиях. Спектр характеризует динамику выделения дискретных порций газообразных веществ по мере повышения температуры — от адсорбированных газов до химически связанных групп в зависимости от силы, с которой они удерживаются в минерале. Самые распространенные из них — Н₂, Н₂О, СО, СО₂ і СН₄ — обнаруживаются в продуктах пиролиза любого минерала. Все части спектра взаимозависимы. Полученные спектры позволяют кроме общего содержания летучих компонентов в минерале определить вклад каждого из источников газообразных соединений. Спектры минеральных парагенезисов более информативны, чем таковые отдельных минералов. Статистически обработано 600 спектров минеральных парагенезисов, отражающих разнообразие минерального мира. Содержание самых распространенных летучих компонентов в продуктах пиролиза силикатных минералов составляет от 10—1000 г/т для Н₂ и СО до 100—100 000 г/т для Н₂О и СО₂. Содержание СН₄ не превышает 100 г/т. Сравнительный анализ нескольких тысяч газопиролитических спектров с данными минералогического и термобарического исследований позволил установить некоторые закономерности изменения состава продуктов пиролиза в температурных интервалах в связи с условиями минералообразования. Gases and volatile liquids retained in open and closed pores along with products of dissociation and condensation of chemical groups in a mineral form gas pyrolytic spectrum. The gas pyrolytic spectrum is a typomorphic attribute of the mineral, crystallized in certain thermodynamic conditions. The spectrum defines the dynamics of discrete portions of volatile component emission with temperature increase, depending on the force of their retention in the mineral. The most prevailing components are H₂, H₂O, CO, CO₂ and CH₄. All parts of the spectrum are organic. Fluid components of inclusions are only some fragments of the integral gas pyrolytic spectrum. Spectrums of mineral paragenesis are more informative than those of separate minerals. Statistical analysis of 600 spectrums of different minerals and mineral paragenesis demonstrated that the content of the most prevailing volatile components in the products of pyrolysis of silicate minerals makes from 10 to 1000 g/t for H₂ and CO, from 100 to 100 000 g/t for H₂O and CO₂. Content of CH₄ does not exceed 100 g/t. A comparative analysis of several thousands of gas pyrolytic spectrums with mineralogical and thermobaric research data enabled to determine some regular change of pyrolysis products' composition with conditions of mineral formation. uk Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України Мінералогічний журнал Мінералогія Закономірності зміни вмісту та розподілу летких компонентів у мінералах Change Regularities of Content and Localization of Volatile Components in Minerals Article published earlier
spellingShingle	Закономірності зміни вмісту та розподілу летких компонентів у мінералах Кульчицька, Г.О. Возняк, Д.К. Остапенко, С.С. Мінералогія
title	Закономірності зміни вмісту та розподілу летких компонентів у мінералах
title_alt	Change Regularities of Content and Localization of Volatile Components in Minerals
title_full	Закономірності зміни вмісту та розподілу летких компонентів у мінералах
title_fullStr	Закономірності зміни вмісту та розподілу летких компонентів у мінералах
title_full_unstemmed	Закономірності зміни вмісту та розподілу летких компонентів у мінералах
title_short	Закономірності зміни вмісту та розподілу летких компонентів у мінералах
title_sort	закономірності зміни вмісту та розподілу летких компонентів у мінералах
topic	Мінералогія
topic_facet	Мінералогія
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61551
work_keys_str_mv	AT kulʹčicʹkago zakonomírnostízmínivmístutarozpodíluletkihkomponentívumíneralah AT voznâkdk zakonomírnostízmínivmístutarozpodíluletkihkomponentívumíneralah AT ostapenkoss zakonomírnostízmínivmístutarozpodíluletkihkomponentívumíneralah AT kulʹčicʹkago changeregularitiesofcontentandlocalizationofvolatilecomponentsinminerals AT voznâkdk changeregularitiesofcontentandlocalizationofvolatilecomponentsinminerals AT ostapenkoss changeregularitiesofcontentandlocalizationofvolatilecomponentsinminerals

Закономірності зміни вмісту та розподілу летких компонентів у мінералах

Institution

Similar Items