авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |

«н. В. ЛОГВИНЕНКО ПЕТРОГРАФИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД (С ОСНОВАМИ ...»

-- [ Страница 9 ] --

не рекомендуется сразу приливать много воды, т. е. следует при растирании получить сначала более или менее густое тесто, а затем постепенно прибав­ лять воду. Жидкая суспензия переносится в чашку емкостью 3— 5 л, разбавляется водой и взбалтывается. После 24 ч отстаивания верхний слой в 7 см сливается. Если глина содержит небольшое количество глинистых частиц, сливание следует повторить 3— раз *. Собранные частицы помещают в чашку, желательно с пло­ ским дном, на дно ее следует положить 1—2 предметных стекла и осторожно выпарить суспензию на водяной или электровоз­ душной бане до густоты тягучего теста, после чего масса высу­ шивается на воздухе или в термостате при 30—35° С. Из высу­ шенных пластинок (иа предметных стеклах, а если этого мало, то со дна чашки) бритвой, поставленной перпендикулярно, нареза­ ют очень тонкие нити и более толстые полоски диаметром до 1 — 1,5 мм с таким расчетом, чтобы в иммерсионных препаратах можно было бы получить ориентированные частицы, лежащие на плоскости третьего пинакоида (001), для определения Nm, осно сти и знака кристалла, и тонкие нити, которые часто ложатся са­ ми при приготовлении препарата на ребро (для определения Ng и Np).

Полученная стружка помещается на ряд предметных стекол для приготовления иммерсионных препаратов сразу с целым ря­ дом жидкостей. Затем в изотропных частицах (лежащих на плос­ кости 001) определяют Nm, осность и знак кристалла, а на тон­ ких нитях, лежащих на ребре, определяют Ng и Np **. Работать следует с объективами 20 и 40.

Однако здесь, как и в других случаях, следует предостеречь исследователей: время пребывания глинистых минералов в им­ мерсионных жидкостях должно быть непродолжительным, так как от продолжительного пребывания изменяются показате­ ли преломления (особенно у минералов ряда монтмориллонит — нонтронита).

Метод ориентированных препаратов в сочетании с методом окрашивания является наиболее доступным и легко осуществи­ мым способом исследования при массовой работе минералогов петрографов.

* Из суспензии можно выделить глинистые частицы в течение 5—7 мин при помощи электрофореза. Для этого необходим постоянный ток 100— 5А. Расстояние между электродами 15—25 мм. Анод—свинец, катод —медь.

Плотность суспензии 1,010.

** В ориентированных препаратах обычно определяется Ng, Np' и ие всегда можно определить осность.

Ш Хроматический и капельный анализы Изучение глинистых минералов с помощью орга­ нических красителей. В основу метода положена способность органических красителей закрепляться на поверхности глини­ стых частиц (силы адсорбции и электрические), т. е. окрашивать минералы, и менять свой цвет и спектр поглощения в зависимо­ сти от условий, в которых они адсорбированы на глинистых час­ тицах (рН раствора, влияние других реактивов (KCl), концент­ рация раствора красителя и т. п.).

Для окрашивания глинистых минералов применяется главным образом метиленовый голубой краситель, изменяющий свою ок­ раску в широком диапазоне длин волн.

Если одинаковой порцией водного раствора метиленового го­ лубого окрасить суспензию одинаковой плотности, то каолинито вые глины окрасятся в фиолетовые тона (максимум кривой спек­ тра поглощения 550—580 ммк), гидрослюдистые глины в грязно синие до фиолетово-синего (максимум кривой спектра погло­ щения 560—600 ммк), монтмориллонитовые в бейделлитовые глины — в голубовато-зеленый цвет (максимум кривой спектра поглощения между 600 и 700 ммк).

Монтмориллонитовые глины, насыщенные Ca, окрашиваются в чистые фиолетовые тона.

Если в суспензии, окрашенные метиленовым голубым, ввести несколько капель KCl, то чистые каолиниты сохранят свою ок­ раску (спектральная кривая сохраняет свою форму), гидрослю­ ды изменят свою окраску на грязно-синюю (голубовато-зеленая у некоторых, кривая спектра поглощения не меняется или воз­ растает длинноволновой максимум — 650—670 ммк). У бейдел литов и К- и Н-монтмориллонитов сохраняется окраска или из­ меняется до желто-зеленой (максимум кривой спектра поглоще­ ния сохраняется 650 ммк или сдвигается до 670 ммк) и, наконец, у Са-мотмориллонитов синяя окраска изменяется на ярко-голу­ бую (максимум кривой спектра поглощения перемещается от 560 до 670 ммк).

Кроме метиленового голубого, применяются солянокислый бензидин, хризоидин, а также метил-виолет (свойства последнего еще недостаточно изучены).

При изучении глин методом окрашивания без замеров спект­ ров поглощения оценка цвета дается визуально по десятибалль­ ной шкале: фиолетовый, фиолетово-синий, синий, сине-голубой, голубой, голубовато-зеленый, зеленый, травяно-зеленый, травяно зеленый — желтовато-зеленый, желтовато-зеленый.

Приготовляют водную суспензию глинистых частиц d 0,001 мм в объеме 9 см, к ней доливают метиленовый голубой 0,7—1,2 см при концентрации 0,01%. После некоторого отстаи вания суспензию разделяют на три части. В первой порции после 8—12 ч отстаивания наблюдают окраску, а затем готовят плос­ кую каплю, которую высушивают на воздухе.

Во вторую порцию добавляют насыщенный раствор KCl и че­ рез 8—12 ч наблюдают окраску и степень ее изменения по срав­ нению с первой.

В третью порцию добавляют метиленовый голубой в количе­ стве 0,5 см, приготовляют каплю, высушивают ее на воздухе и определяют окраску.

Минералы, прочно связывающие краситель, как при стан­ дартном, так и при интенсивном окрашивании имеют один и тот же цвет. Минералы, менее прочно и непрочно связывающие кра­ ситель, имеют разную окраску (гидрослюды, каолинит).

Рекомендуется наряду с прокрашиванием метиленовый голу­ бым применять также солянокислый бензидин (табл. 65).

Диагностика карбонатных минералов методом окрашивания.

Карбонатные минералы можно окрашивать в открытых шли­ фах *, пришлифовках и в порошке. Метод основан на неодинако­ вом составе катионов и неодинаковой химической активности различных карбонатов.

Действуя на карбонаты разными реактивами, мы получаем цветную пленку или бесцветное соединение, которое, взаимодей­ ствуя с другим реактивом, дает цветную реакцию.

Органические реактивы действуют несколько иначе. Обычно это явление адсорбции красителей на коллоидальных продуктах изменения карбоната под воздействием реактива.

Определение арагонита среди других карбо­ н а т о в: а) в 100 см воды растворяют 11,8 г M n S 0 7 H 0, к рас­ 4 твору прибавляют твердый сульфат серебра A g S O, кипятят, ох­ 2 лаждают и отфильтровывают нерастворившийся остаток. Затем прибавляют 1—2 капли слабого раствора NaOH. Через 24 ч от­ фильтровывают выделившийся осадок. Реактив хранят в темной посуде.

Шлиф погружают в раствор и выдерживают от 30 до 60 мин.

Арагонит через 30 мин становится темно-серым, а через 60 мин— черным. Кальцит и после 2 ч остается светло-серым;

б) если действовать на карбонатные минералы слабым рас­ твором AgNO (1,7%) в течение 1 сек, затем, промыв шлиф, по­ действовать K CrO, то в красно-бурый цвет окрашивается толь­ 2 ко арагонит.

Определение кальцита в кальцито-доломи т о в ы х п о р о д а х : а) на поверхность шлифа наносят каплю * Если нет открытого ш л и ф а, берут обычный шлиф, о с т о р о ж н о разреза­ ю т алмазом или к а р б о р у н д о м покровное стекло, подогревают на электрической плитке и у д а л я ю т его при п о м о щ и и г л ы. Затем шлнф отмывают спиртом или ксилолом от канадского бальзама.

Таблица Таблица для определения глинистых минералов ( и н е к о т о р ы х д р у г и х минералов, п р и с у т с т в у ю щ и х в г л и н и с т ы х п о р о д а х ) методом о к р а ш и в а н и я (по М. Ф. В и к у л о в о й, с дополнением автора) Метиленовый голубой Метиленовый Бесцветный насыщенный Хризоидин, Метил-виолет, Название г о л у б о й раствор с добавкой насыщенного раствор с о л я н о к и с л о г о 0,01 процентный подкисленный минералов 0,001-процентный раствора KCl бензидина раствор слабой HCl Фиолетовый Каолинит Фиолетовый Не окрашивается Желтый Грязно-фио­ летовый Накрит Фиолетово-синий Сине-фиолетовый Не окрашивается Грязно-фио­ Розовато-желтый летовый Диккит Фиолетово-синий Грязно-фио­ Фиолетово-сииий Не окрашивается Желтый летовый Грязно-зеле­ Гидрослюда Фиолетовый, си­ Желтый, нечис­ Бирюзово-голубой, Не окрашивается ный (типа моно­ не-фиолетовый т ы й (с к о р и ч н е ­ или окрашивается светло-толубой, термита) вым и л и к р а с н ы м в слабый грязно сине-голубой оттенком) синий цвет, грязно зеленый Фиолетово-синий Фиолетово-синий Гидрослюда Окрашивается в Желтый нечис­ Грязно-зеле­ из х л о р и т а и синнй и синий грязно-синий или тый ный и биотита серо-синий цвет, Монтморилло­ серо-зеленый Фиолетовый и Голубой и голубо­ Кирпично-крас- Травяно-зеле­ нит вато-зеленый Голубой и голубо­ фиолетово-синий ный, желто-крас­ ный вато-синий ный Изумрудно-зеленый Бейделлит Травяно-зеленый Коричневато или травяно-зеленый (из биотита) Голубой красный Г о л у б о й или фиоле­ Бейделлит Фиолетово-синий Коричневато тово-синий (из ферригал- красный Голубой луазита) Нонтронит Зеленый, голубова­ С и н и й, фиолето­ Грязный, тра­ Кирпично-крас вяно-зеленый во-синий, сине- то-зеленый, голубой Голубой, сине- ный, желто красный голубой голубой Фиолетовый Фиолетовый, сине Галлуазит фиолетовый и сине голубой П р о д о л ж е н и е т а б л. О»

Метиленовый Метиленовый голубой Бесцветный насыщенный Хризоидин, Метил-виолет, Название голубой раствор с добавкой насыщенного раствор солянокислого 0,01-процентиый подкисленный минералов раствора KCl 0,001-процентный бензидина раствор слабой HCl Г о л у б о й и фио­ Голубой и синий Аллофан летово-голубой С и н и й, фиолето­ Синий Глауконит С и н е - г о л у б о й, зеле­ Кирпично-крас- Не окраши­ во-синий новато-голубой вается ный Фиолетово-синий Зеленовато-голубой Грязно-голубой или Вермикулит Грязно-коричне­ Грязно-зеле­ не о к р а ш и в а е т с я ный вый Голубой Голубовато-зеленый Керолит Зеленовато-голубой Голубой Сапонит Фиолетовый и фио­ Фиолетовый и Палыгорскит Не окрашивается летово-синий фиолетово-синий Сине-голубой Сепиолит Не окрашивается Сине-голубой Сине-голубой Серицит Голубовато-зеленый Синий Светло-желтый (гидрат) «канареечный»

Фиолетово-синий Мусковит Голубой Светло-желтый (дробленый) «канареечный»

Фиолетовый Биотит Зеленый Светло-желтый (дробленый) «канареечный»

Зеленый Синий Грязно-желтый Хлорит Синий Не окраши­ осадочный вается Опал Синий, сиие- Синий и голубой голубой Сине-голубой и Кварц Голубой голубой Светло-голубой, Не окрашиваегся Светло-голубой, Карбонаты Кальцит и ара­ сиреневый (доломит светло сиреневый пелитоморф- г о н и т — фио­ сиреневый) ные летовые Примечание. Прочерк означает, что цвет окраски неизвестен.

3 П о р я д о к р а б о т ы -. 1. И з п о р о ш к а ( 0, 5 см ) и 5 — 6 см дистиллированной воды в пробирке приготовляют суспензию, половину суспен­ зии отливают во вторую пробирку.

2. В п е р в у ю п р о б и р к у в в о д я т м е т и л е н о в ы й г о л у б о й п р и м е р н о с т о л ь к о ж е, с к о л ь к о с у с п е н з и и в п р о б и р к е, т щ а т е л ь н о перемешивают.

3. В о в т о р у ю п р о б и р к у в в о д я т с о л я н о к и с л ы й б е и з н д и и, т щ а т е л ь н о перемешивают..

4. С о д е р ж а н и е п е р в о й п р о б и р к и д е л я т н а д в е ч а с т и, в о д н у ч а с т ь д о б а в л я ю т н е с к о л ь к о к а п е л ь K C l. З а т е м в с е о с т а в л я ю т и а 8—12 ч, после чего фиксируют Окраску.

10—15-процентного раствора FeCU на 1—2 мин. Реагируя с каль­ цитом, треххлористое железо дает хлористый кальций и карбо­ нат трехвалентного железа, который немедленно гидролизуегся и оседает в виде коллоидной пленки на поверхности зерна. З а это время доломит практически не вступает в реакцию, если зер­ на его имеют d ^ 0,01 мм. Затем шлиф промывают дистиллиро­ ванной водой и действуют раствором ( N H J S в течение несколь­ 4 ких секунд. Гидрат окиси переходит в сульфид, и кальцит стано­ вится черным;

б) на шлиф наносят несколько капель AgNCb, нагретого до 60—70° С, и выдерживают 3—4 мин. Кальцит, вступая в реакцию с AgNO, образует A g C O. Затем шлиф промывают и действуют 3 2 на него в течение нескольких секунд КгСг0, при этом A g C O 4 2 переходит в A g C r O и кальцит приобретает красно-бурую ок­ 2 раску;

в) метил-виолетовые (фиолетовые) чернила подкисляют 5-процентной HCl. На поверхность шлифа наносят каплю чер­ нил и дают постоять 1—2 мин, после чего осторожно промокают фильтровальной бумагой. Кальцит реагирует с раствором и ок­ рашивается в фиолетовый цвет, доломит при размере зерна -0,01 мм остается неокрашенным.

О п р е д е л е н и е м а г н е з и т а. 25 мг паранитробензолазо 3 резорцина растворяют в 500 см воды и 500 см спирта и прибав­ ляют едкой щелочи до окрашивания раствора в синий цвет.

Шлиф (пришлифовку или порошок) карбонатной породы поме­ щают в такой раствор на 3—5 мин. В результате магнезит окра­ шивается в синий цвет, другие карбонаты не окрашиваются. Если прокипятить карбонатный минерал в растворе, окрашивается магнезит и доломит (первый более интенсивно).

Реакция с железистосинеродистым калием для открытия железа и определения желези­ с т ы х к а р б о н а т о в, п о м е т о д у о т п е ч а т к о в. Берется обычная фотобумага, отмытая в темноте в гипосульфите, промы­ тая водой и высушенная, 1-процентный раствор Ks[Fe(CH) б] и HCl (1 : 2 0 ). Фотобумагу смачивают в HCl в течение нескольких секунд (до 1 мин). На фотобумагу накладывают пришлифовку карбонатной породы и прижимают прессом. Выдерживают так 1—10 мин. Затем проявляют фотобумагу в железистосинероди стом калие в течение 3—5 мин, промывают и высушивают. В ре­ зультате анкерит окрашивается, дает светло-синий отпечаток, брейнерит — темно-синий, сидерит — темно-синий.

Шлифы и пришлифовки рекомендуется рассматривать под микроскопом сразу же после окрашивания, не покрывая покров­ ным стеклом или покрывая стеклом и применяя иммерсию. Мож­ но окраску законсервировать, приготовить шлиф на бальзаме, покрытом покровным стеклом.

Сведения об описанных и некоторых других реакциях окра­ шивания карбонатов см. в табл. 66.

Капельный метод *. Капельный метод быстрого определения глинистых минералов в аншлифах при помощи воды и этилен гликоля предложен чешским минералогом Иржи Контой в 1956 г.

Метод основан на различии в размерах и в степени пластич­ ности кристаллических индивидуумов и на различной способно­ сти к разбуханию отдельных групп глинистых минералов. В силу различных размеров и различной пластичности в естественных —— Продолжительность просачивания одной капли воды Группа I р 1^~ч овная /"•) Каолинита гладкая „ набухшая /^} Монтмориллонита ( Гидрос/гюд. •—^Гладкая J ^ ) Селиолита-палы. -—Гладкая (S) горскита шошиль Повеок- Форма по - - кап/ш ность веркности 1/2 ;

16 32 Bi Шпин чая/л Рис 87. Испытание глинистых пород водой неуплотненных глинистых образованиях между отдельными кри­ сталлами глинистых минералов возникают различные по величи­ не субмикроскопические промежутки, от которых зависит ско­ рость просачивания жидкости. Кроме того, скорость просачива­ ния связана еще и со свойствами самой жидкости (вязкость, раз­ меры ее молекул, полярности и пр.).

Поверхность аншлифа глинистого образования ведет себя как сито различной тонкости. В зависимости от типа этого природно­ го сита находятся скорость просачивания жидкости, форма и профиль капли, а также характер поверхности после просачива­ ния (рис. 87 и 88).

Капельный метод позволяет определять принадлежность гли­ нистых минералов к одной из четырех групп: каолинита, монтмо­ риллонита, гидрослюд, сепиолита — палыгорскита.

Для большей точности используются наряду с водой этилен гликоль, вязкая жидкость с большими размерами молекул (во о O ды — 2,9 А, этилен-гликоля — от 4 до 5 А ).

* Раздел о капельном методе напнсан Г. В. Карповой. Автор выражает ей свою признательность.

Таблица Таблица для определения карбонатных минералов методом окрашивания Минер ал Реактивы Примечание П о ч т и не П о ч т и не Зеле Не Не Чер­ FeCl (10—15-процентиого раство­ Черный П р и величине зерна о к р а ш е н о к р а ш е н окра- нова ра) и ( N H ) S (концентрация окра ный 0, 0 1 мм д о л о м и т о к ­ 4 2 раствора безразлична). Наносят тый шен рашивается как каль­ н а ш л и ф F e C l на 1 — 2 мин., з а ­ цит и арагонит в чер­ тем промывают и действуют ный цвет, остальные ( N H ) S в течение н е с к о л ь к и х се­ к а р б о н а т ы — в зелено­ 4 кунд ватый 4 части A l C l р а с т в о р я ю т в 60 Не окра­ Фио­ Фиоле­ 3 частях воды + э к с т р а к т кампыше- товый шен лето­ вого дерева—0,6 части. Реактив вый н а н о с я т на ш л и ф на 5 мин (?) П о ч т и П о ч т и не П о ч ­ П о ч ­ Не AgNO (10-процентный раствор) Красно- П р и д е й с т в и и слабым Крас­ не о к р а - о к р а ш е н т и не т и не о к р а ­ подогрет до 6 0 — 7 0 C K CrO бурый раствором (1,7«) но-бу­ 1 2 окра­ окра­ шен (20-процентный раствор). Нано­ AgNO в течение рый шен сят на ш л и ф A g N O на 3 — А м и н, шен 1 сек а р а г о н и т о к р а ­ промывают и действуют K C r O шивается, остальные 2 несколько секунд к а р б о н а т ы не о к р а ­ шиваются M n S 0 - 7 H 0 — 1 1, 8 г на 100 см? в о ­ 4 Не Не Не ды+Ag SO —твердый сульфат He окра­ Не о к р а Чер­ При действии реактива Не ок­ 2 окра шен окра- окра ный серебра, прибавляют в раствор шен на п о р о ш о к в тече­ рашен M n S 0 - 7 H 0, осадок отфильтро­ н и е 3 — 5 мин и н а 4 вывают шлиф в течение 3 0 — 6 0 мин He C o ( N 0 ) — к о н ц е н т р и р о в а н н ы й рас­ Бесцвет­ Не о к р а Не о к р а ­ Не Не Гус- Реакция с кипячением 3 окра- окра­ шен окра то твор. Порошок карбоната к и п я ­ ный или шен шен фио розова­ т я т 5 — 6 мин в р а с т в о р е лето то-лило­ вый вый П р о д о л ж е н и е табл. Минерал Примечание Реактивы Реакция с кипячением.

Ярко Не Ярко-зе Н е о к р а ­ Б л е д н о Блед Не C u { N 0 ) (5-процеитный раствор), 3 Доломит п р и вели­ зеле­ зеленый но-го- окра- окра шен образец карбоната кипятить леный ч и н е з е р и а 0, 0 1 мм ный лубой 2 — 3 мин в р а с т в о р е слегка окрашивается в бледно-зеленый цвет Доломит п р и величине Фио­ Не Не He М е т и л - в и о л е т + Н С 1 — о б ы ч н ы е фио- Фиоле- Не о к р а ­ Н е окра з е р н а 0,01 мм о к ­ лето­ окра- окра- окра щен летовые чернила, подкисленные товый шен рашивается вый слабой H C l ( 1 — 5 - п р о ц е н т и ы м рас твором). Реактивом действуют на ш л и ф 30 сек— 1. 0 — 2, 0 мин Реакция с кипячением Не Дифенилкарбазид—1—2 г + 1 5 см Н е о к р а - Не о к р а ­ Н е окра­ С и р е ­ Розо­ Тем­ окра­ с п и р т а + 3 — 5 мг 2 5 - п р о ц е н т н о й шен н е в ы й в ы й но-се­ шен шен шен NaOH. Кипятят порошок кар­ рый б о н а т а 2 — 3 мин, з а т е м п р о м ы ­ вают Реакция с кипячением.

Не Си­ Не Си­ П а р а н и т р о б е н з о л а з о р е з о р ц и н 2 мг Н е о к р а - С и н и й Н е окра Без к и п я ч е н и я о к р а ­ окра­ ний, ний окра • шен + 500 см с п и р т а + 5 0 0 см в о д ы + шен 3 шивается только маг­ шен сине K O H до синей окраски. Кипятят н е т и т в с и н и й цвет вато п о р о ш о к к а р б о н а т а 2 — 3 мин, з а ­ зеле­ тем п р о м ы в а ю т ный Реакция с кипячением Не Се­ Ярко- Б л е д ­ Н е окра- Н е о к р а ­ Не окра 15 е л спирта + 1—2 г эозина+ окра­ розо­ н о - р о ­ рый шен + 3 мгКОН. Кипятят порошок кар- шен шен шен вый зовый б о н а т а 2 мин, з а т е м п р о м ы в а ю т П р и г о т о в л е н и е а н ш л и ф о в. Для изучения глин с по­ мощью капельного метода необходимы два образца не менее 2 X 2 X 1 см. Отшлифованная поверхность должна быть не менее 1 5 x 1 5 мм. Маленькие блоки глины, высушенной на воздухе, вы­ резаются ножом, а потом параллельно напластованию шлифу­ ются по очереди на трех стеклянных пластинах с шероховатой поверхностью.

Шероховатость поверхности стеклянных пластин достигается при помощи шлифования порошками различной грубости. При • Продолжительность просачивания одной капли гликоля группа Каолинита Монтмориллонита Гиёрослюд 'лад Сепиолита-палы- кап ( Q сорскита капли '28 мин 1В Рис. 88. Испытание глинистых пород этилен-гликолем готовление аншлифов ведется сухим образом, круговыми движе­ ниями в течение 5—8 мин.

Поверхность аншлифа очищается кисточкой от приставших глинистых частиц. Она не должна содержать видимых в лупу пор и трещин.

Шлифовальные стекла тщательно моют и вытирают после приготовления каждого аншлифа.

Х о д р а б о т ы. 1. Аншлиф в горизонтальном положении за­ крепляется пластилином на предметном стекле.

2. На поверхность первого аншлифа пипеткой заносят од­ ну каплю дистиллированной (в полевых условиях — чистой пресной) воды, на поверхность второго аншлифа — этилен гликоля при температуре 15—18° С примерно с высоты 4—6 мм.

3. Наблюдают и записывают: а) размеры капли и форму по­ верхности, которую принимает капля *, б) время просачивания (по секундомеру), в) изменение поверхности аншлифа после про­ сачивания.

* Иржи Конта рекомендует наблюдать профиль (высоту) капли. По на­ шему мнению, высотой капли можно пренебречь, зато следует обращать вни­ мание на изменение ее формы при просачивании.

И Л о г в п н е н к о Н. В.

Глава пятнадцатая ИЗУЧЕНИЕ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД В ШЛИФАХ* Рельеф, шагреневая поверхность, двупреломле­ ние. При изучении минералов в шлифе показатели преломления определяются приблизительно по сравнению с канадским баль­ замом ( К Б ). Для этого необходимо вести наблюдения над их рельефом.

Рельефом называют вид поверхности минерала, заключенного в канадский бальзам или в другие (окружающие его) минералы.

Рельеф различают положительный — поверхность минерала как бы возвышается над средой и отрицательный — поверхность ми­ нерала располагается как бы ниже окружающей его среды. Не­ смотря на то что поверхность минералов отшлифована, при боль­ шом увеличении мы видим мельчайшие неровности, которые вы­ глядят как значительные бугорки и впадинки. Такой вид поверх­ ности получил название «шагреневой» благодаря сходству с шагреневой кожей. Естественно, что чем больше разница между показателем преломления минерала и среды, тем рельефнее шаг­ реневая поверхность, и наоборот. При равенстве показателей минерала и среды шагреневая поверхность незаметна. Визуаль­ но можно различать по рельефу — относительному показателю преломления — пять групп минералов: 1. Слабый положительный рельеф — показатель преломления минерала немного больше по­ казателя преломления канадского бальзама. Такой рельеф наб­ людается у кварца, полевых шпатов (кроме щелочных полевых шпатов и альбит-олигоклаза), большинства слюд, нефелина, кальцита и доломита, лежащих на спайной плоскости и др.

2. Сильный положительный рельеф — показатель преломления минерала значительно больше показателя преломления бальза­ ма. Он наблюдается у хлоритов, цветных слюд, большинства пироксенов и амфиболов, барита, апатита, глауконита, ангидрита, турмалина, многих карбонатов и др. 3. Очень сильный положи­ тельный рельеф — показатель преломления минералов намного больше показателя преломления канадского бальзама. Он на­ блюдается у многих акцессорных минералов: циркона, рутила, сфена, брукита, анатаза, ставролита, дистена, монацита, ксено тима, у некоторых пироксенов (гиперстен, геденбергит, авгит), роговых обманок (арфедсонит), хлоритоида, карбонатов железа * П р и изучении сцементированных пород описание шлифов является самой первой операцией исследователя.

и магния и др. 4. Слабый отрицательный рельеф — показатель преломления минерала немного меньше показателя преломле­ ния канадского бальзама. Наблюдается у щелочных полевых шпатов, альбита, альбит-олигоклаза, гипса, некоторых глинистых минералов (монтмориллонит), хризотила и ряда других. 5) Силь­ ный отрицательный рельеф — показатель преломления минерала намного меньше показателя преломления канадского бальзама.

Наблюдается у флюорита, сильвина, ряда цеолитов и других.

Толщина минералов в шлифе всегда одна и та же (в первом приближении постоянна), поэтому условия определения двупре­ ломления лучше чем в иммерсии.

Определение двупреломления можно производить, пользуясь таблицей Мишель-Леви. Для этого находят ориентировананый разрез минерала. При скрещенных николях ставят зерно на по­ гасание, затем поворачивают на 45° до максимального просвет­ ления и замечают цвет интерференционной окраски. При цвет­ ной интерференционной окраске, повторяющейся в других поряд­ ках, необходимо определить порядок окраски. С этой целью вдвигаем кварцевый клин для полной компенсации разности хо­ да — затемнения зерна. Если положение осей индикатрис в зер­ не и пластинке параллельное и наблюдается повышение окраски, следует повернуть столик микроскопа на 90° и снова вдвинуть клин до полной компенсации — затемнения зерна. Затем медлен но выдвигая клин, наблюдают сколько раз повторяется одна и та же цветная окраска. Число повторений указывает порядок ок­ раски. Определив окраску, находят величину двупреломления по таблице, принимая толщину шлифа равной 0,03 мм.

По величине двупреломления все минералы можно подразде­ лить на пять групп.

I группа: двупреломление равно 0 — изотропные минералы.

II группа: двупреломление низкое (0,001—0,012), интерферен­ ционная окраска серая, белая, желтая, первого порядка.

III группа: двупреломление среднее (0,012—0,037), интерфе­ ренционная окраска желтая, красная, зеленая и т. д. I и II по­ рядков.

IV группа: двупреломление высокое (0,037—0,060), интерфе­ ренционная окраска желтая, зеленая, красная и др. III и IV по­ рядков.

V группа: двупреломление очень высокое (более 0,60), интер­ ференционная окраска радужная IV и более высоких порядков.

Порядок работы, выбор и н а х о ж д е н и е разрезов. Приступая к описанию, просматривают шлиф при небольшом увеличении и разбивают все минералы на группы по рельефу, окраске (и пле­ охроизму), спайности, двупреломлению.

Выделяют минералы а, Ь, с, g, е или 1, 2, 3, 4 и т. д.

Например, бесцветные с низким показателем преломления и дву­ преломления, без спайности, зеленые плеохроичные с высоким показателем преломления и двупреломления и без спайности, коричневые с высоким показателем преломления и высоким дву преломлением, плеохроичные с хорошо выраженной пинакои дальной спайностью и т. д.

Выделив типы минералов, приступают к их систематическому исследованию — определению (схему последовательности опера­ ций см. на стр. 275, 285, 290). При этом необходимо помнить, что константы определяются не в случайных, а в ориентированных разрезах. Поэтому изучая минерал «а» или «1», надо стараться найти сначала изотропный разрез, перпендикулярный оптической оси. В таком разрезе можно определить: осность, знак кристал­ ла, ориентировочно угол оптических осей у двуосных минералов, дисперсию оптических осей, плеохроизм по Nm двуосных и по No одноосных отрицательных, по Ne одноосных положительных минералов, спайность и сингонию.

Затем следует разыскать разрез, параллельный плоскости оп­ тических осей с максимальным двупреломлением — наиболее зысокой интерференционной окраской среди ряда зерен данного минерала.

В таком разрезе можно определить: величину двупреломления (приближенно), углы погасания, знак удлинения, характер пле­ охроизма по Ng и Np двуосных минералов и по Ne и No одно­ осных.

Обычно изучения двух разрезов достаточно для определения минерала. Если в процессе поисков ориентированных разрезов встретился разрез, перпендикулярный острой биссектрисе, иссле­ дуют последний. В таком разрезе определяют: характер плеох­ роизма по Ng и Nm или Nm и Np, угол погасания, силу двупре­ ломления Ng—Nm или Nm—Np, оптический знак кристалла, ве­ личину угла оптических осей (приближенно), дисперсию оптиче­ ских осей.

Изложенная выше схема исследования минералов и очеред­ ность операций не представляют собой чего-то неизменного.

Каждый исследователь обычно сам определяет очередность опе­ раций.

При определении минералов по таблицам, а также в зависи­ мости от того, с каким минералом имеем дело, и, наконец, от того, насколько знаком с минералами исследователь, некоторые операции вообще не приходится проводить.

Определение минералов по таблице. Таблица для определе­ ния минералов построена на следующих признаках: 1) рельеф — относительный показатель преломления;

2) двупреломление (приближенное определение);

3) осность;

4) знак кристалла;

5) окраска и плеохроизм;

знак зоны.

Имея перечисленные выше константы, а также некоторые до­ полнительные данные (форма зерен, спайность, погасание, про­ дукты выветривания), определяют минерал (табл. 67).

T а б л и'ц а Таблица для определения минералов в шлифе Д в о й н о е л у ч е п р е л о м л е н и е т^О— анизотропные минералы равно 0. Изотропные мине­ \ Дьой Двойное лучепреломление \ ное 0,012-0,037. 0,037-0,060.

0,060.

0,001-0,012.

\ луче- Интерференционная И н т е р ф е р е н ц и о н н а я ~ о крас­ Интерференционная окрас­ И н т е р ф е р е н ц и о н н а я ок­ \ прелом- окраска ж е л т а я, крас­ ка желтая, з е л е н о в а т а я, ка р а д у ж н а я IV и более раска серая, белая, \ ление ная, з е л е н а я и т. д. красная и т. д. III и IV высокого порядка ж е л т о в а т а я I порядка I и II порядков порядков одноосный двуосный одноосный двуосный одноосный двуосный одноосный двуосный Пока- \ затель \ - - - - ралы прелом- \ + + + + + + + + ления \ Каль­ Ша­ Мор- Монт Аналь 1, цим цит+ базит денит MO Ша­ рил Опал Сильный базит лонит отрица­ Силь­ тельный вин рельеф Флю­ орит Квас­ цы Вул каии чес кое стек­ ло со П р о д о л ж е н и е табл. to en Двойное лучепреломление j=Q— анизотропные минералы 0, 0 1 2 - 0,037. 0,037-0,060.

0,001-0,012. 0,060.

Интерференционная И н т е р ф е р е н ц и о н н а я окрас­ И н т е р ф е р е н ц и о н н а я ок­ И н т е р ф е р е н ц и о н н а я окрас окраска ж е л т а я, крас­ ка ж е л т а я, з е л е н о в а т а я, ка р а д у ж н а я IV и б о л е е раска с е р а я, белая, ная, з е л е н а я и т.

д. красная и т. д. III и IV в ы с о к о г о порядка ж е л т о в а т а я I порядка 1 и Il порядков порядков двуосный одноосный двуосный двуосный одноосный одноосный двуосный одноосный Пока­ - затель - - прелом + + + + + + + + ления Араго­ Орто­ Каль­ Хал­ Хризо­ Монт­ Лей­ Алло п = 1,500— цит+ нит тил+ морил­ це­ цит клаз+ фан Доло­ 1,540. Р е л ь ­ лонит Микро дон— мит ± Бейдел­ Гал ефа н е т и л и клин± Магне­ Квар- лит луа- Ломои слабый от­ зит+' цин ± тит Анке­ зит рицатель­ Аль­ рит+ Вул ный бит+ кани Гипс— чес Олиго кое клаз стек­ ДО ло № 15- Араго­ Каль­ Тальк+ Гидро­ Хризо­ Олиго Анде­ Нефе­ Галит /1=1,540— нит цит ± Пиро­ слю­ тил+ клаз± лин зин+ Гал- Доло фил­ 1,580. Р е л ь ­ ды ± Гиб Лабра­ 1 7 - 3 луаэит мит± лит+ Аити бсит± д о р — Каоли­ ефа н е т и л и Алло- M агие гооит + Муско Олиго- нит+ фаи слабый по­ зит± Лепи­ вит + клаз Колло- Анке­ д о л и т ч ложитель­ до фан рит ± Бей ный J* Вулка­ деллит 15- ничес­ кое стекло X •а о Двойное лучепреломление +0— анизотропные минералы равно 0. И з о т р о п н ы е м и н е ­ \ Двой Д в о й н о е лучепреломление \ иое 0,012-0,037.

0,012-0,037.

0,012-0,037.

0,012-0,037. 0,037-0,060.

0,037-0,060.

0,037-0,060.

0,037-0,060.

0,060.

0,001-0,012.

0,001-0,012.

0,001-0,012.

0,001-0,012.

\ луче- Иитерфереициоиная окрас­ Интерференционная Интерференционная окрас­ Интерференционная ок­ Хпрелом- ка желтая, зеленоватая, ка желтая, зеленоватая, ка желтая, зеленоватая, ка желтая, зеленоватая, окраска желтая, крас­ окраска желтая, крас­ окраска желтая, крас­ окраска желтая, крас­ ка радужная IV и более ка радужная IV и более ка радужная IV и более ка радужная IV и более раска серая, белая, \ ление красная и т. д. I I I и I V ная, зеленая и т. д.

высокого порядка желтоватая I порядка желтоватая I порядка желтоватая I порядка желтоватая I порядка порядков порядков порядков порядков I и Il порядков двуосный одноосный одноосный двуосный двуосный одноосный одноосный одноосный одноосный двуосный двуосный двуосный двуосный одноосный Пока- \ затель \ ралы прелом- \ + I + I I + + I + + I + I + I I ления \ Араго­ Анке Ангид­ Лепи Био­ Алу­ Тур- Глау­ Глау­ Пен- Целе­ Рибе п= 1,580- Колло­ Алу­ нит рит± рит + доме тит+ конит конит стин+ кит— нин+ нит ма­ фан нит 1,700. Каль­ лан+ Гидро­ Анор­ Ба­ Пен- (к) лин Апа­ Вулка­ (Na) цит ± Тальк Сильный слю­ тит— рит + нии— тит — ничес­ Доло + Пи­ Диал- ды+ Анда­ клино положи­ кое мит± рофил­ Глау лу­ лаг + хлор— стекло тельный Магне­ лит+ зит— Силли­ KO Энс зит+ Мус­ рельеф Тюрин- ма­ фаи + та Сиде ко­ гит+ нит + тит+ Дю рит± вит+ Шамо­ MOp Брон- Оли­ Био­ зит зит + вин+ тье тит+ Диоп- рит— сид+ рого­ Гиб­ вая об­ ман­ бсит+ ка+ Нонт­ ронит+ Акти HO лит + Термо лит+ LZI П р о д о л ж е н и е табл. Д в о й н о е л у ч е п р е л о м л е н и е ФО— \ Д вой- а н и з о т р о п н ы е минералы равно 0. Изотропные мине­ \ мое Двойное лучепреломление \ луче- 0,012-0,037. 0,037 - 0,060.

0,001-0,012. 0,060.

Интерференционная Интерференционная окрас­ \ прелом Интерференционная ок­ Интерференционная окрас­ Vлепие окраска ж е л т а я, крас­ ка желтая, зеленоватая, раска серая, белая, ка р а д у ж н а я I V и более красная и т. д. III и I V ная, з е л е н а я и т. д.

высокого порядка ж е л т о в а т а я I порядка порядков I и II порядков одноосный диуосный одноосный двуосный одноосный двуосный двуосный одноосный Пока- \ затель \ прелом- \ - - - - ралы ЛСНИН \ + + + + + + + + п 1,700. Мона­ Л е п и ­ Ана­ Ko- Шеелит Шпи­ Арф Везу­ Везу­ Арф - Ру­ Ге­ цит+ таз+ руид± вед нель вед- + виан* доме­ ви­ тил+ тит+ Очень силь­ CO- Диас­ л а н + Магне­ Ксе Аль­ C ОНИТ ан—* ный поло­ S пор— зит+ HO Дис­ ман­ Эпи­ нит— Цои­ Сиде­ жительный дин ТИМ + тен+, дот+ Став­ зит+ о.

рит+ Грос- Цир­ Эги­ ро­ Гипер­ Хлори рельеф ш суляр Гема­ рин кон+ лит+ I стен+ тоид— Пироп тит (ак­ Гедеи- X бе Спес- мит) V •е сартин рит— Уваро- Ав­ вит гит+ Хлори Андра тоид дит Пико тит Jl H M O нит i ые и ИЗОТрО! ш ы е ок ) а ш е н н ь е мниер алы вы д е л е н ы п о л у ж и ) Н Ы М.

П р и 1 с ч а и и е. п л гохроичг ак з о н ь ;

2) 1) ± Исследуемый минерал находим в одной из граф таблицы, где помещены от одного до девяти минералов (обычно три-пять).

Читая описание этих минералов, сравниваем с полученными на­ ми данными и таким путем определяем наш минерал. Если эти данные недостаточны для однозначного определения минерала, необходимо провести дополнительное исследование: определить угол оптических осей, дисперсию оптических осей, точно замерить силу двупреломления в ориентированном раз­ резе, изучить характер двойников и т. п.

В таблице для опре­ деления минералов в шлифах помещено око­ ло 100 наиболее рас­ пространенных минера­ лов. Если исследуемый минерал отсутствует в таблице, его разыски­ вают по дополнитель­ ным более полным таб­ лицам минералов (см.

гл. 13).

Подсчет содержа­ ния минералов. Устано­ вив минералогический coCTaiB породы, перехо­ дят к определению содержания различных минералов. Подсчет в шлифах можно произ- р. 89. И н т е г р а ц и о н н ы й столик И С А нс водить точечным, ли- на микроскопе М П - З нейным и площадным способом, т. е. подсчитывая количество точек, линий или площа­ дей, приходящихся на долю каждого минерала. Точечный метод использован в пуш-интеграторе Глаголева. Описания его мы не приводим из-за отсутствия в лабораториях и в продаже этого прибора.

Подсчет линейным методом в простейшем случае можно осу­ ществить при помощи окуляр-микрометра. Просматривают весь шлиф систематически одно поле зрения за другим, в каждом по­ ле зрения отмечают количество делений окуляр-микрометра, ко­ торое приходится на каждый из подсчитываемых минералов. За­ тем суммируют данные по всем полям зрения и всем минералам.

Значительно удобнее производить подсчет при помощи спе циального счетного столика ИСА, выпускаемого отечественной промышленностью (рис. 89). Счетный столик привинчивается к столику микроскопа, на салазки счетного столика помещается шлиф. Салазки счетного столика приводятся в исходное положе­ ние (нулевые деления на шкале и барабанчиках совмещаются).

Рассматривая шлиф при небольшом или среднем увеличении, вращают барабанчик, предназначенный для подсчета минерала до тех пор, пока минерал не выйдет за поле зрения;

вращают следующий барабанчик, предназначенный для подсчета другого минерала, и т. д. При вращении барабанчика происходит пере­ мещение винтом салазок. Холостой ход (для трещин в шлифе или пор) осуществляется другим, винтом салазок, возвращение в первоначальное положение особым винтом оси столика. Когда пройден весь шлиф, отсчеты длины линий каждого минерала бе­ рут на соответствующем ему барабанчике.

Количественные соотношения площадей, занятых различны­ ми минералами, можно вычислить, пользуясь окулярной сеткой.

Для этого просматривают весь шлиф, поле за полем, и в каждом поле зрения подсчитывают, сколько квадратиков приходится на каждый минерал. Затем суммируют подсчеты по всем полям зре­ ния и всем минералам.

Результаты подсчета выражают в процентах точек, линий, площадей. Считая, что отношение точек, линейных размеров и площадей равно отношению объемов, принимают вычисленные проценты за проценты объема.

Чтобы перейти к весовым процентам, умножают полученный результат по каждому минералу на его удельный вес.

Все описанные методы подсчета требуют много времени.

Если большая точность подсчета не требуется, можно реко­ мендовать определение количественного соотношения минералов путем сравнения со специальными таблицами, составленными Швецовым (рис. 90 и 91). Рассматривая шлиф, исследователь сравнивает содержание минерала в поле зрения с фотографиями полей зрения, на которых нанесены темными контурами различ­ ные количества минералов (от 2—3 до 5 0 % ).

Определение структур. Следующая операция — определение структуры горной породы. Ее можно определять в самом начале изучения шлифа, но лучше в конце, когда исследователь хорошо изучит шлиф.

Д л я определения структуры необходимы данные:

а) размер частиц преобладающей фракции и максимальные и минимальные размеры частиц;

б) характер частиц: окатанные, угловатые, угловато-окатанные, чешуйчатые, волокнистые и др.;

в) имеется ли ориентировка обломочных частиц и зерен цемента или такой ориентировки нет;

г) характер цемента и его структу­ ра: базальный, порово-базальный, поровый, порово-контактный, контактный цемент;

цемент выполнения, цемент обрастания, це Рис. 90. Т а б л и ц а д л я определения количества минералов в шлифах (по Ш в е ц о в у ) Рис. 9 1. Таблица д л я определения количества минералов в шлифах (по Ш в е ц о в у ) мент разрастания—регенерационный и т. п.;

д) органические остатки и их характер (для органогенных пород с органогенны­ ми структурами);

е) для химических пород с кристаллически зернистыми структурами необходимы размер, форма, характер сочленения зерен и взаимное расположение (имеется ли ориен­ тировка зерен и т. п.). Описание структур см. во II части.

Н е с к о л ь к о з а м е ч а н и й по в о п р о с у Определе­ ния последовательности в ы д е л е н и я минералов и и х г е н е т и ч е с к и х в з а и м о о т н о ш е н и й. Исследования в шлифах дают возможность изучить не только аллотигенные со­ ставляющие, но и аутигенные минералы — минералы цемента.

Описывая шлиф, необходимо обращать внимание на последо­ вательность образования аутигенных минералов и их генетиче­ ские взаимоотношения. С этой целью надо внимательно изучать поровое пространство.

Обычно последовательность образования минералов в порах и пустотах следующая: минералы, слагающие периферическую часть пор, прилегающие к обломочным зернам, являются наибо­ лее ранними образованиями из аутигенных минералов. Раньше них могут возникать только аллотигенные — обломочные и вто­ ричные минералы, образующиеся по обломочным (последние не всегда образуются раньше минералов цемента).

Минералы, выполняющие средние части пор и пустот, явля­ ются более поздними по отношению к первым.

Минералы, слагающие центральную часть пор и пустот, явля­ ются наиболее поздними. Позже могут выделяться только мине­ ралы, !выполняющие трещины отдельностей.

Если цементирующее вещество полиминеральное, такие наб­ людения можно провести. При этом следует отмечать воздейст­ вие одних минералов на другие. Например, обломочные зерна окружены кальцитом, кальцит сильно корродирует их, средин­ ная часть !выполнена халцедоном и кварцем, которые в свою оче­ редь разъедают кальцит и, наконец, центральная часть пор и пус­ тот сложена каолинитом. По трещинам отдельностей развит пирит, сульфаты железа и гидроокислы железа, последователь­ ность выделения минералов,в этом случае будет такая: обломоч­ ные зерна, кальцит, халцедон, кварц, каолинит, затем пирит, сульфаты железа, гидроокислы железа.

Если цементирующее вещество мономинеральное, следует об­ ращать внимание на характер минералов периферической и цент­ ральной части пор. Эти наблюдения могут дать 'материал для восстановления условий образования и последующих изменений цемента.

В процессе вторичных (эпигенетических или катагенетиче ских) изменений осадочных горных пород наиболее интенсивно изменяется цементирующее вещество, значительно менее интен­ сивно обломочные зерна. Изменения приводят в первую очередь к перекристаллизации минералов цемента. Например, пелито­ морфные карбонаты превращаются в кристаллически зернистые, глинистые минералы, аморфные или скрытокристаллические в кристаллические гидрослюды, аморфная кремнекислота и гидро­ окислы железа — в кристаллические окисные минералы и т. п.

Если процессы изменения происходили с привносом вещества, то возникают новые минералы. Так, например, по кальциту мо­ жет образоваться магнезиально-кальциевый, магнезиально-же лезистый карбонат и т. п.

Примеры описания шлифов. Д л я н а ч и н а ю щ и х иногда представляет затруд­ нение сама форма описания: что и к а к описывать, н а что обращать внимание.

В связи с этим н и ж е приведено примерное описание шлифов некоторых оса­ д о ч н ы х пород.

Алевролит. Алевролит полевошпатово-кварцевый, г р у б ы й, размер преоб­ л а д а ю щ е й фракции 0,01—0,05 мм, в небольшом количестве п р и с у т с т в у ю т зер­ на диаметром 0,07—0,09 мм. Форма зереи у г л о в а т а я.

П о р о д а состоит из кварца, кислого плагиоклаза № 5 — 1 0 (п п К Б, т о н к и е полисинтетические д в о й н и к и, угасание в разрезах -L (010) 1 5 — 1 8 ° ), м и к р о к л и ­ на (пп К Б, м и к р о к л и н о в а я р е ш е т к а ), мусковита и биотита и единичных зерен циркона и р у т и л а.

Цемент контактово-поровый, местами поровый, по составу опаловый ( я и К Б, и з о т р о п н ы й ). О п а л образует каемки в о к р у г обломочных зерен н н а ­ блюдается в виде мельчайших ш а р и к о в в порах. Отмечено 2 — 3 экземпляра створок диатомей. И н о г д а в массе опала, особенно на контакте с обломочны­ ми зернами, встречаются тонкие каемки волокнистого минерала (пп К Б, дву­ преломление низкое, угасание прямое, удлинение п о л о ж и т е л ь н о е ), вероятно, к в а р ц и и а. П о м и м о опала в состав цемента входят агрегаты (вермикулитопо добные и л и воротничковые) к а о л и н и т а ( « и К Б, рельеф п о л о ж и т е л ь н ы й, д в у ­ преломление низкое, угасание почти п р я м о е ). К а о л и н и т выполняет централь­ ные части пор. Содержание кварца 6 0 — 6 5 % ;

полевого ш п а т а — 7 — 9 %, це­ мент составляет около 2 5 % поверхности шлифа. С т р у к т у р а алевролитовая г р у б а я с контактово-поровой цементацией.

Известняк оолитовый. П о р о д а состоит из кальцита и небольшого количе­ ства обломочных зерен к в а р ц а, полевого ш п а т а и обломков пород (кремень).

О о л и т ы овальной формы и концентрического строения, размером от 0, до 0,9 мм, единичные оолиты д о с т и г а ю т 1,5 мм.

Концентрические слои оолитов с л о ж е н ы пелитоморфным кальцитом, ядро оолитов иногда содержит песчинки кварца, полевого ш п а т а, кремния или обломки раковии пелеципод. Встречаются сложные о о л и т ы, к о г д а две-три о о л и т и н ы обволакиваются общей оболочкой, состоящей из концентрических слоев пелитоморфного к а л ь ц и т а.

Цемент контактово-поровый и поровый ( ~ 2 0 — 2 8 % поверхности ш л и ф а ), состоит из зернистого кальцита (размер зерен 0,05—0,18 мм). У части о о л и ­ тов ( ~ 2 0 % ) ядро выщелочено — отрицательные оолиты. С т р у к т у р а оолитовая с контактово-поровой цементацией.

Фосфорит. П о р о д а состоит из б у р о й, п о ч т и изотропной основной массы, в которой равномерно рассеяны обломочные зериа кварца, полевого ш п а т а, г л а у к о н и т а (зеленый, агрегатный, поляризации с п 1,600), листочков муско­ вита. Обломочные зерна имеют размер от 0,5 до 1,0 мм, единичные зерна д о с т и г а ю т 1,5—2,0 мм. Форма зерен о к р у г л а я и у г л о в а т о - о к а т а н н а я. Основная масса составляет около 3 5 — 4 0 % поверхности шлифа, остальное приходится на обломочные зерна.

С т р у к т у р а основной массы брекчиевидная;

по т р е щ и н а м, развит кристал­ л и ч е с к и й — анизотропный фосфат, местами совместно с кальцитом ( « 1, 6 7 0, вскипает с H C l ). Строение волокнистое, местами радиально-лучистое, двупре ломление низкое, показатель преломления высокий (рельеф п о л о ж и т е л ь н ы й с и л ь н ы й ). Показатель преломления кристаллического фосфата 1, 6 0 8 1,625, изотропного 1,605 (в и м м е р с и и ). С у д я по этим д а н н ы м, фосфатные мине­ ралы представлены подолитом и коллофанитом.

Аргиллит гид рос люд истый карбонатный. П о р о д а состоит из чешуйчатого минерала с довольно высокой интерференционной окраской н прямым погаса­ нием. Размер чешуек 0, 0 0 5 мм. Ч е ш у й к и ориентированы параллельно своими длинными размерами, в результате чего наблюдается эффект прямого и одно­ временного у г а с а н и я. Светопреломление чешуек заметно выше п канадского бальзама (в иммерсии Nm м и н е р а л а = 1,550-—1,578).

В основной массе н а б л ю д а ю т с я небольшие линзочки н прослойки, иногда мелкие п я т н а пелитоморфного карбоната, судя по показателю преломления ( N o l, 6 7 0 ) кальцита.

С т р у к т у р а пелитовая, ориентированная.

Глава шестнадцатая ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Термический анализ. Метод нагревания и охлаж­ дения минералов с регистрацией изменения температур или раз­ ности температур во времени получил название термического фазового анализа и применяется для диагностики минералов.

В процессе нагревания в минералах происходят различные изменения: обезвоживание — потеря воды с разрушением решет­ ки и без разрушения в зависимости от типа воды, диссоциация — распад с выделением газовой фазы, плавление, полиморфные превращения, окисление, раскристаллизация, перекристаллиза­ ция И Т. п.

Реакции обезвоживания, диссоциации, плавления и поли­ морфные превращения происходят с поглощением тепла, являют­ ся эндотермическими. Реакции окисления, кристаллизации и пе­ рекристаллизации протекают с выделением тепла, называются экзотермическими.

Кривая нагревания термически инертного минерала или ве­ щества будет выглядеть так же, как и кривая нагревания самой печи, так как в процессе нагревания не происходит ни выделения, ни поглощения тепла веществом (в обычном для термического анализа интервале температур от 0 до 1200°С). Кривая нагрева­ ния термически активного минерала существенно отличается от кривой нагревания печи. Во время эндотермической реакции на кривой нагревания получается горизонтальная площадка * вследствии того, что тепло расходуется на реакцию, и хотя тем­ пература печи продолжает повышаться, температура в образце минерала остается на одном и том же уровне. Во время экзотер­ мической реакции, наоборот, на кривой нагревания получается отклонение вверх от кривой нагревания печи, вследствие сумми­ рования тепла нагрева печи и тепла реакции в образце.

Однако такой простой способ записи кривых является недо­ статочно чувствительным. Чтобы повысить чувствительность ме­ тода, применяется дифференциальная запись. Для этого нагре­ вают два образца одновременно: термически инертное и терми­ чески активное вещество (исследуемый минерал) и регистрируют разность температур, наблюдаемую в этих образцах. Если в ис­ следуемом минерале не происходит термических реакций, темпе * Правильнее наклонная площадка, но с более пологим наклоном, чем наклон кривой нагревания печи.

ратура в минерале и инертном веществе (эталоне) одинакова, разность температур равна нулю и кривая будет представлять прямую линию, параллельную оси абсцисс (нулевая линия). При эндотермической реакции температура в исследуемом минерале будет ниже, чем в инертном веществе, и кривая отклоняется вниз от нулевой линии. Экзотермическая реакция проявляется откло­ нением кривой в противоположенную сторону от нулевой линии, так как температура в исследуемом минерале будет выше, чем в инертном веществе (рис. 92).

9.

время S мин Рис. 92. К р и в а я н а г р е в а н и я к а о л и н и т а :

/ — т е м п е р а т у р н а я, 2 — д и ф ф е р е н ц и а л ь н а я, 3 — кривая потери веса;

а б с ц и с с а — время, о р д и н а т а — р а з н о с т ь т е м п е р а т у р и потеря веса Для того чтобы дифференциальные кривые были хорошего качества — выдерживалась нулевая линия при отсутствии реак­ ций— помимо правильного подбора сопротивлений в цепи термо­ пар важен выбор эталона. Эталон должен быть в термическом отношении равноценен исследуемому веществу (теплоемкость, теплопроводность и т. п.). Лучшим эталоном может служить предварительно прокаленный для снятия термических эффектов сам исследуемый минерал. Если это невыполнимо, в качестве эталона рекомендуется применять окись алюминия или шамот при изучении глинистых минералов, окись магния — при изуче­ нии карбонатов.


Образцы нагревают в тигельных (трубчатых) электрических печах с небольшим объемом рабочего пространства (диаметр пе­ чи 2 — 3 см), с обмоткой из нихрома (до 1000°С), специальных сплавов (до 1200—1600° С) и платины (до 1500—1600° С).

Печи должны хорошо прикрываться во избежание подсоса холодного воздуха. Попадание в печь холодного воздуха, а так же большой объем рабочего пространства вызывают неравномер­ ный нагрев — появление конвекционных токов, искажающих кри­ вые нагревания.

В связи с тем что положение спая термопары должно быть точно в центре образца, желательно иметь такую печь, которая бы «надевалась» на тигель с образцом (печь без дна). Тогда термопары подводятся снизу через специальную головку из ог­ неупорной керамики, которая является пробкой или крышкой для нижнего отверстия печи. В дне тигля делается отверстие для спая термопары. Тигли устанавливаются на головке, заполняют­ ся образцом, затем сверху на головку надевается печь.

Скорость нагрева печи 10—20° С в минуту и должна быть более или менее одинаковой во всем интервале температур (кри­ вая нагревания печи близка к прямой линии). Практически из-за инерции при низких температурах в начале разогрева и большой теплоотдаче при высоких температурах кривая нагревания печи представляет собой S-образную линию (особенно у печей с ни хромовой обмоткой). Накал печи регулируется с помощью авто­ трансформатора (ЛАТР-1) вручную или автоматически при по­ мощи моторчика Уоррена, или часового механизма, вращающе­ го ось автотрансформатора.

Образцы исследуемого минерала и эталона тщательно расти­ раются в агатовой ступке и помещаются с легким уплотнением в огнеупорные (фарфоровые, шамотные, корундовые) тигли или один тигель с перегородкой. Величина навески зависит от скоро­ сти нагрева и чувствительности установки (гальванометров и термопар). При скорости нагрева до 10°С в минуту и небольшой чувствительности установки необходима навеска в 1—2 г. При скорости нагревания 20° С в минуту и более и высокой чувстви­ тельности установки используются небольшие навески порядка 0,1—0,3 г.

Применение очень больших скоростей нагревания (50—100° С мин) возможно при исследовании минералов, термические эф­ фекты которых хорошо изучены.

Кривые нагревания регулируются при помощи термопар и гальванометров визуально или автоматически (фотозапись).

В качестве термопар чаще всего применяется сплав никеля с хро­ мом (хромель содержит 9—10% хрома) и никеля с алюминием, силицием, марганцем (алюмель, содержит: 2,5% алюминия;

2,0% марганца;

1% силиция). Хромель-алюмеливая термопара поз­ воляет регистрировать температуры до 1000° С, термопара из платаны и сплава платины с родием (содержит 10% родия) до 1600—1700° С Сечение проводников термопары 0,5—0,3 мм, дли­ на проводников-— 1—1,5 м. Простая термопара представляет собой два сваренных проводника (одна точка контакта). Диф­ ференциальная термопара состоит из трех проводников: среднего из одного металла или сплава с двумя ответвлениями на конце и двух крайних проводников другого состава. Дифференциаль­ ная термопара имеет два горячих спая, из которых каждый в от­ дельности может работать как простая термопара, а два крайних проводника с заключенным между ними отрезком среднего — как дифференциальная термопара. Градуировка термопар произ­ водится путем определения характерных точек плавления, крис­ таллизации, полиморфных превращений уже известных веществ:

свинца, олова, сульфатов натрия и калия и др.

Регистрирующий гальванометр представляет собой подвиж­ ный проводник, по которому пропускают электрический ток, помещенный в магнитное поле. Он изготовляется в виде рамки, на которой намотано большое количество витков тонкой изоли­ рованной проволоки. Магнитное поле создается постоянным маг­ нитом.

Рамка в зеркальных гальванометрах подвешивается на упру­ гой нити. У стрелочных гальванометров устанавливается на кернах и снабжена пружиной. При прохождении электрического тока по проводнику рамка поворачивается в зависимости от величины и направления тока. Вместе с рамкой поворачивается зеркальце или стрелка. Когда прекращается подача тока, рамка возвращается в исходное положение действием упругой нити или пружины. Стрелочные гальванометры менее чувствительны, зер­ кальные гальванометры — приборы высокой чувствительности.

В лабораторной практике в настоящее время применяются зер­ кальные гальванометры ГЗС-47, М-21, М-25 и др.

Соединение термопар с гальванометрами производится сле­ дующим образом. Один спай дифференциальной термопары по­ мещают в образец исследуемого минерала и подключают провод­ ники (крайний и средний — хромель и алюмель, платина и пла­ тина с родием) к температурному гальванометру. В процессе нагревания этот спай будет работать как простая термопара и даст нам обычную температурную кривую.

Другой спай дифференциальной термопары помещается в эталон и оба крайних проводника термопары (в случае плати­ н а — платино-родиевой термопары два платиновых проводника) подключаются к дифференциальному гальванометру. Когда спай в образце исследуемого минерала нагреется сильнее, чем спай в эталоне (экзотермический эффект), ток потечет в сторону эта­ лона и повернет зеркальце гальванометра так, что кривая откло­ нится вверх. Когда спай, помещенный в эталоне, окажется более нагретым (эндотермический эффект), ток потечет в обратном направлении и повернет зеркальце гальванометра так, что кри­ вая отклонится вниз. Если проводники, подключенные к гальва­ нометру, поменять местами (два крайних), будет наблюдаться прямо противоположное явление (отклонение вверх при эндо­ термическом эффекте и отклонение вниз при экзотермическом эффекте).

Наряду с кривыми нагревания для характеристики минера­ лов важна кривая потери веса (для водных минералов — кривая обезвоживания). Для получения кривых потери веса применяют термовесовые установки, в которых температурный гальванометр обычной, описанной выше установки используют не для регист­ рации температурной кривой, а для записи кривой потери веса.

Для этой цели необходимы торзионные весы на 500 мг и кварце­ вые тигелки на 100—200 мг. Торзионные весы крепятся на щите или стене над печью (на расстоянии не менее 50 см). На плати­ новой проволоке кварцевые тигелки с образцом подвешивают за рычаг торзионных весов так, чтобы они оказались в средней ча­ сти печи. Образец нагревают в той же самой печи, где и основной образец для дифференциальной кривой. Сигнал от торзионных весов передается (через специальную электрическую схему) на температурный гальванометр, при помощи которого записывает­ ся кривая потери веса.

Когда температурный гальванометр используется для записи кривой потери веса, нет температурного масштаба (температур­ ной кривой) и необходим дополнительный стрелочный гальвано­ метр. К клеммам дополнительного стрелочного гальванометра присоединяются проводники простой термопары, горячий спай которой помещен в эталоне. Сигнал от стрелочного гальваномет­ ра передается на специальное автоматическое устройство,»даю­ щее на фотобумаге отсечки через каждые 100° С (загорается лампочка и засвечивает фотобумагу на барабане через щель).

При визуальной записи кривых нагревания употребляются стрелочные гальванометры и стрелочные совместно с зеркальны­ ми (зеркальный для записи дифференциальной кривой). Наблю­ датель в течение всего анализа должен записывать отсчеты на шкале гальванометров через небольшие промежутки времени (1—1,5 мин).

При автоматической записи применяется специальный бара­ бан с светочувствительной бумагой. Барабан помещен в закры­ тый металлический ящик. На передней стенке ящика имеется щель 2—5 мм вдоль всего барабана. Барабан приводится в дви­ жение часовым механизмом или моторчиком Уоррена. Время пол­ ного оборота барабана определяется скоростью нагревания печи (обычно от 50 до 100 мин). Специальный осветитель посылает луч света на зеркальце гальванометра. Луч, отраженный от зер­ кальца, направляют в щель ящика и фокусируют на поверхность барабана. Луч от температурного гальванометра направляют на край барабана, от дифференциального гальвнометра — на среди­ ну. Когда заряжена печь, подключены термопары и сфокусиро­ ваны лучи на поверхность барабана, установка готова к работе.

Одновременно включают печь в моторчик барабана. Описанная установка требует частичного или полного затемнения (рис. 93, 94).

Применяется и более простая установка для термического анализа с механической записью кривых нагревания. Она со­ стоит из нагревательной печи, термопар и электронных потен­ циометров. Термоэлектродвижущая сила, возникающая в термо­ паре при нагревании образца, усиливается в электронном потен­ циометре. Токи, усиленные в потенциометре, приводят в движе­ ние специальный механизм с пером, записывающий кривую на­ гревания на бумаге. Имеются одно-, двух- и трехпозишюнные Рис. 93. С х е м а у с т а н о в к и д л я а в т о м а т и ч е с к о й записи к р и в ы х н а г р е в а ­ н и я (фотозапись — пирометр К у р н а к о в а ) :

/ — платиновый т е р м о э л е к т р о д, 2 — п л а т и н о - р о д и е в ы й т е р м о э л е к т р о д, 3 — э т а л о н, 4 — о б р а з е ц, D — с о с у д Д ю а р а, В — р у б и л ь н и к д л я включения т е р м о п а р ы, Д и f — м а г а з и н ы с о п р о т и в л е н и й, Г\ — т е м п е р а т у р н ы й г а л ь в а н о м е т р, F — д и ф ф е р е н ­ 2 циальный г а л ь в а н о м е т р, P i и Pz — осветители, К — б а р а б а н с а м о п и с ц а, M — мотор­ чики У о р р е н а, S — р у б и л ь н и к для включения моторчиков, А— а м п е р м е т р, А A, и Лз — в ы к л ю ч а т е л и электронные потенциометры, позволяющие записывать от одной до трех кривых одновременно.

Простота такой установки на первый взгляд подкупает экспе­ риментатора. Однако опыт работы показывает, что в процессе усиления термоэлектродвижущей силы термопар в потенциомет­ рах происходит некоторое искажение —сглаживание эффек­ тов -— и сама механическая запись является менее чувстви­ тельной.


Расшифровываются термограммы — определяется минерал или смесь минерала путем сравнения с термограммами эталон­ ных образцов чистых минералов или их смесей в определенных процентных отношениях. При этом важно, чтобы условия съемки исследуемого и эталонных образцов были тождественны или близкими (скорость нагревания, величина навески, чувствитель­ ность гальванометров). При расшифровке термограмм учиты­ вается температура и величина термических эффектов, а также Рис. 94. О б щ и й вид термовесовой установки для получения к р и в ы х нагревания и с о п р я ж е н н ы х с ними кривых потери веса данные, полученные другими методами (рентгеновский, химиче­ ский анализ, оптические константы).

Термический анализ дает качественную характеристику объекта (определение минералов по кривым нагревания). Неко­ торый количественный элемент вносится (регистрацией кривых потери веса. Методика количественного термического анализа еще недостаточно разработана. Один из наиболее простых вари­ антов количественного термического анализа представляет собой сравнение термограмм исследуемых образцов с термограммами эталонных образцов, снятых в одинаковых условиях. Точность определения содержания минералов в смесях 3—5%.

Ниже в виде примера рассмотрены кривые нагревания неко­ торых минералов.

Глинистые минералы представляют собой водные силикаты и алюмосиликаты со слоистой и слоисто-ленточной структурой. Все они содержат различные типы воды, что и определяет поведение их при нагревании.

Минералы группы каолинита при нагревании обнаруживают один эндотермический эффект при температуре 500—700° С, обусловленный потерей конституционной воды и аморфизацией минерала (обрушение кристаллической решетки). Аморфизиро ванные продукты распада при температуре 900—1000° кристал­ лизуются с образованием новой твердой фазы (гамма глинозем, муллит ( ? ) ), что фиксируется да кривой нагревания четким и интенсивным экзотермическим эффектом.

Минералы группы монтмориллонита при нагревании обнару­ живают три эндотермических эффекта при температурах 100— 200, 500—700 и 850—900° С. Первый из них обязан своим проис­ хождением удалению межслоевой, или межпакетной, воды и, как правило, является наиболее интенсивным, второй и, вероят­ но, третий связаны с удалением конституционной воды *. Рентге­ новское исследование образцов монтмориллонита, нагретых до 500—600° С, не обнаруживает аморфизации. Третий эндотерми­ ческий эффект монтмориллонита при температуре 850—900° С переходит в экзотермический эффект при температуре 900— 950° С. Причиной этого эффекта является кристаллизация шпи­ нели и других минералов из продуктов, образовавшихся в ре­ зультате распада при нагревании.

Минералы группы гидрослюд характеризуются тремя эндо­ термическими эффектами при температуре 100—200, 500—700 и 850—950° С. Первый эффект обусловлен выделением адсорбиро­ ванной воды (частично, вероятно, межслоевой воды — типа воды монтмориллонита). Этот эффект проявляется значительно сла­ бее, чем соответствующий эффект монтмориллонита. Второй и третий эффекты связаны с выделением конституционной воды и сопровождаются аморфизацией минерала (около 900°С).

При температуре 900—1000° С наблюдается экзотермический эффект как следствие раскристаллизации аморфизированных продуктов распада. В результате образуются минералы со струк­ турой шпинели (железистые гидрослюды). Экзотермический эф * П р и третьем эффекте не наблюдается потери веса ( в о д ы ), возможно он связан с разрушением решетки.

СКВ 100 300 S00 700 300 1000° ZO 200 400 600 воо 1000 12BOt WO 300 500 700 9001000" Рис. 95. Типовые кривые Рис. 96. К р и в ы е нагревания глинистых и карбонатных и потери веса плиоценовых минералов: глин Песковского месторож­ дения Харьковской области.

/ — каолинит, 2 — г и д р о с л ю ­ да, 3 — монтмориллонит, 4 — Смесь монтмориллонита с 6— кальцит, 5 — доломит, каолинитом с небольшой магнезит, 7 — сидерит примесью г и д р о с л ю д ы. Об­ разцы 116 и 117 почти чи­ стый монтмориллонит, обра­ зец 128 с о д е р ж и т до 7 0 % каолинита фект гидрослюд выражен весьма слабо, этим они отличаются от минералов группы каолинита (рис. 95).

Значительно сложнее выглядят кривые нагревания минераль­ ных смесей, смешанно-слойных срастаний минералов и полими­ неральных глинистых пород, обнаруживающие термические эф­ фекты двух и трех минералов одновременно (рис. 96).

Характер кривых нагревания и положение главных термиче­ ских эффектов глинистых минералов определяется в основном совершенством структуры и степенью дисперсности вещества.

Так, например, у минералов группы каолинита эндотермический эффект проявляется тем выше, чем совершенней структура и крупнее кристаллы. Это в значительной мере справедливо и для других глинистых минералов. Наличие органического вещества деформирует кривые нагревания. Присутствие торфяного и бу роугольного вещества отмечается экзотермическим эффектом — плавным выгибанием кривой нагревания в интервале 300—400° С, каменноугольное вещество отмечается таким же эффектом при 400—450° С и т. д.

Наличие хотя бы небольшой примеси пирита (1—2%) дает четкий экзотермический эффект с максимумом при 410° С Карбонаты — простые и двойные соли угольной кислоты, сре­ ди которых широко развиты явления изоморфизма (безводные карбонаты). Кривые нагревания карбонатов характеризуются резко выраженным эндотермическим эффектом — следствием дис­ социации минерала с выделением газовой фазы. Двойные соли обнаруживают два эндотермических эффекта, соответствующие двум компонентам соли. Минералы, представляющие собой изо­ морфные смеси, имеют один эндотермический эффект в интерва­ ле температур между эндотермическими эффектами крайних членов изоморфного ряда. Помимо эндотермического эффекта, железистые и марганцевые карбонаты обнаруживают экзотерми­ ческий эффект окисления двухвалентных железа и марганца и эффект раскристаллизации — образования новой твердой фазы со структурой шпинели. Температуры диссоциации карбонатов таковы: кальцит — 920—940° С, доломит —750—760° С и 930— 940° С, магнезит — 610—630° С, сидерит — 540—560° С, сидеропле зит — 550—590° С, родохрозит — 600° С Экзотермический эффект окисления у сидерита происходит при 660—750° С, сидероплезита — 650—730° С, родохрозита — 950—960° С Экзотермический эффект образования шпинели об­ наруживается при температуре 800—900° С (см. рис. 95).

Рентгеновский анализ. При облучении кристаллов рентгенов­ скими лучами наблюдается диффракция. Диффракцию рентге­ новских лучей в кристаллах упрощенно можно рассматривать как отражение их от плоских сеток пространственной решетки.

Отражение рентгеновских лучей происходит только в том случае, когда они усиливаются благодаря отражению от целого ряда па раллельных плоских сеток пространственной решетки, т. е. ин­ терферируют. Условия интерференции характеризуются уравне­ нием Брэгга-Вульфа:

д = пк — 2d sin 8, где А — разность хода лучей, отраженных от двух соседних плос­ ких сеток;

d — расстояние между плоскими сетками (межплоскостное расстояние);

в — угол отражения, или угол отблеска;

к — длина волны;

п — целое число.

Рис. 97. С х е м а рентгеновской у с т а н о в к и д л я ме­ тода порошка:

# — трубка, S — рентгеновский луч, S — дифракционные n л у ч н, К — о б р а з е ц, Fi — F — ф о т о п л е н к а, А — В — колли­ матор Рентгеновские лучи отражаются от граней кристаллов — плоских сеток лишь при таких углах отблеска, синусы которых относятся как целые числа:

sin G : sinG : sin G = I : 2 : 3.

1 2 Первое отражение происходит при минимальном угле отблес­ ка 6 i, которому соответствует A = IA,. Это отражение называется отражением первого порядка. Второе отражение происходит при угле отблеска вг, которому соответствует A = 2Х — отражение вто­ рого порядка и т. д.

С увеличением порядка отражения резко снижается интенсив­ ность отражений:

= 100:30:7:3...

/!:/2:/3:/ Облучая кристаллы рентгеновскими лучами и регистрируя ка­ ким-либо способом результаты, можно, используя формулу Брэг­ га-Вульфа, установить величину межплоскостного расстояния, рентгеновские данные позволяют также определять симметрию, размеры элементарной ячейки и по этим данным определять минерал.

Источником рентгеновских лучей являются рентгеновские трубки, изготовляемые из стекла или металла. Они бывают за­ паянные и разборные. В последнее время используют острофо­ - кусные трубки (разборные с высоким вакуумом — Ю рт. ст.), позволяющие анализировать минералы в течение 30—40 мин.

В трубке создается разряжение и пропускается ток высокого напряжения от 20 до 200 kv. Раскаленная нить катода (подогре­ вается отдельным источником тока) выделяет поток электронов, которые несутся с большой скоростью к аноду. На поверхности анода происходит торможение электронов и в результате возни­ кают рентгеновские лучи. Анод трубки чаще всего изготовляют из железа, меди, хрома.

При незначительном напряжении, приложенном к полюсам трубки, возникают рентгеновские лучи разной длины волны, ко­ торые по аналогии с видимым светом называют белыми (сплош­ ной спектр). При более значительных напряжениях на полюсах трубки, достаточных для ионизации атомов анода, получается линейчатый спектр или характеристическое излучение с опреде­ ленной длиной волны, зависящей от материала анода.

Электроны с большой энергией выбивают из атомов вещества анода электрон с ближайшей к ядру орбиты (/(-уровень). Выби­ тый электрон удаляется за пределы атома, а его место занимает электрон со следующей орбиты (L-уровень);

при этом выделяет­ ся один квант рентгеновских лучей — Ka -излучение. Если место выбитого с уровня /(-электрона займет электрон с орбиты М, выделяется квант рентгеновских лучей с меньшей длиной волны и меньшей интенсивностью — Kp-излучение.

В практике рентгеновского анализа используют /(-излучение.

Оно содержит несколько слабых линий и три сильных « ь осг и BI.

Линии ai и OC обычно сливаются в одну, а Bi-линия по интенсив­ ности слабее примерно в пять раз. Обычно работают с неотфильт рованным излучением, в котором имеются линии си В и белые лучи. Реже на пути рентгеновских лучей устанавливают специ­ альные фильтры, не пропускающие в-излучение и части белых лучей. Если необходим рентгеновский луч одной определенной длины волны, применяется метод отражения от кристаллов моно хроматоров (кварц, слюда и др.).

От бомбардировки электронами анод трубки нагревается.

Д л я охлаждения анод помещается в специальный металличе­ ский кожух, через который пропускается ток воды.

При исследовании минералого-петрографических объектов ча­ ще всего применяется метод порошка (метод Дебая, рис. 97).

Для анализа образец тщательно растирается в агатовой ступ­ ке, из порошка прессуется столбик диаметром 0,5—1,0 мм, высо­ той 7—10 мм. Столбик обычно делают в капилляре, приготов ленном из нитроиленки, растворенной в ацетоне. Столбик при помощи пластилина укрепляют на препаратодержателе рентге­ новской камеры и тщательно центрируют.

Рентгеновские камеры представляют собой закрытые метал­ лические цилиндры с подвижным дном и двумя узкими отвер­ стиями для входа и выхода лучей. Одно отверстие в виде трубки диаметром до 1 мм является диафрагмой или коллиматором, че­ рез который попадает узкий пучок лучей из трубки. Второе от­ верстие представляет собой ловушку (диаметр 2—3 мм) и снаб­ жено флюоресцирующим экраном для фокусировки пучка лучей -i -I I I 28— 1 50° 30° 20° 10° 40° Рис. 98. Дифрактометрическая к р и в а я смеси монтмориллонита (M), анальцима (А) и кварца (Q) (по Вернету) и проверки правильности установки во время работы. Для реги­ страции отраженных от образца лучей на стенку камеры спе­ циальными держателями укрепляется фотопленка.

В практике рентгеновского анализа применяются стандарт­ ные камеры Р К Д диаметром 57,4 мм. Эти камеры заводского.изготовления имеют очень широкую ловушку (рассчитаны на большие углы отблеска) и требуют переделки. Реже употреб­ ляются камеры диаметром 80, 114 и 140 мм. Камеры большого диаметра имеют большее разрешение—(благодаря значитель­ ному расстоянию от образца до фотопленки фиксируются близ­ кие и дублетные линии), но требуют слишком продолжительной экспозиции при съемке. Так, например, если экспозиция на каме­ ре 57,4 мм равна 7 ч, то на камере 114 мм она будет не менее 28—32 ч. Чтобы снизить продолжительность экспозиции на каме­ рах большого диаметра, их изготовляют с лункообразными и секториальными вырезами со стороны коллиматора.

Регистрация дифракционного спектра рентгеновских лучей от исследуемого образца производится на фотопленке. Существуют и автоматические методы регистрации при помощи ионизацион­ ной камеры с самописцем (установка УРС-50И, дифрактометри ческая рис. 98).

В порошковом образце содержится бесчисленное множество мельчайших кристалликов, ориентированных самым различным способом. Среди них всегда находятся такие кристаллики, кото­ рые располагаются по отношению к рентгеновскому лучу под углами в ь 02, 0 з и, следовательно, дадут отражение. Чтобы количество таких кристалликов было еще больше (больше слу­ чаев отражения), дно камеры с препаратодержателем и образ­ цом во время съемки вращается при помощи моторчика Уорре­ на. В результате съемки получается порошковая рентгенограмма, Рис. 99. Дебаеграмма каолинита. Измеренное расстояние м е ж д у д в у м я симметричными д у ж к а м и 14,5 мм (21). П р и Cu-антикатоде оно отвечает у г л у 6°05' и межплоскостному расстоянию 7,26/сХ (первый базальный рефлекс) или дебаеграмма. Это — серия симметричных дужек, расположен­ ных вокруг центрального пятна — следа от прямого пучка рент­ геновских лучей, прошедших образец (место пятна занимает вы­ рез пленки по размерам ловушки, рис. 99).

Тщательно размерив расстояние между симметричными дуж­ ками и определив их интенсивность, рассчитывают углы отблеска в по следующей формуле:

^-1, 6= t.D где D — диаметр камеры;

/ — половина расстояния между симметричными дужками.

Зная углы отблеска по уравнению Брэгга-Вульфа, определяют межплоскостные расстояния:

2sin О Д л я различных элементов анода имеются специальные табли­ цы с готовыми значениями d и d%. Определение интенсивности a рефлексов производится по десятибальной шкале. На рентгено­ грамме находят дужки с наибольшим почернением фотопленки и * П р и определении бета-линий необходимо у ч и т ы в а т ь соотношение l :1^ = a = 1,1 и что интенсивность бета-линий в 4 — 5 раз меньше интенсивности альфа линий.

оценивают их интенсивность в 10 баллов и самые слабые дужки»

интенсивность которых определяют в 1 балл, интенсивность всех остальных дужек оценивается визуально по сравнению с первы­ ми и вторыми.

Определение минералов по данным дебаеграмм производится путем сравнения с дебаеграммами эталонных образцов.

Рентгеновский анализ обнаруживает присутствие большин­ ства минералов в смесях (при содержании 2 — 3 % ). Он особо ва­ жен для диагностики глинистых минералов и определения мине­ ралогического состава глинистых пород. В связи с этим рассмот­ рим кратко структуру глинистых минералов и некоторые особенности применения рентгеновского анализа при их изу­ чении.

Глинистые минералы имеют слоистую или слоисто-ленточную структуру. Отдельные слои образованы связанными между собой тетраэдрами и октаэдрами. В вершинах тетраэдров располагают­ ся ионы кислорода, в центре — кремния (иногда алюминия в чет­ вертой координации). В вершинах октаэдров располагаются ионы кислорода и гидроксила, в центре — алюминия, железа, магния (шестерная координация). Октаэдрические слои могут быть полностью заселены (триоктаэдрические) и частично — из каждых трех заселены два (диоктаэдрические). Эти слои образу­ ют двухслойные (один слой тетраэдров и один слой октаэдров) и трехслойные (два слоя тетраэдров с заключенным между ними слоем октаэдров) пакеты. Связь между слоями осуществляется через кислород и гидроксил, являющиеся общими вершинами тетраэдров и октаэдров.

Пространственная решетка каолинита представляет собой на­ бор двухслойных пакетов толщиной (межплоскостное расстоя о ние) 7,1—7,2 А. Базальные отражения 00/ первого порядка 7,1 — 7,2, второго —3,55—3,60, четвертого— 1,775—1,800.

У гидрослюды решетка состоит из набора трехслойных паке о тов толщиной 10,0—10,2 А. Базальные отражения 00/ первого порядка 10,0—10,2, второго — 5,0—5,1, четвертого — 2,50—2,55.

Пространственная решетка монтмориллонита образована трехслойными пакетами, между которыми заключены слои воды и обменных катионов. Содержание последних может сильно из­ меняться, поэтому и межплоскостное расстояние у монтморилло О нита изменяется в широких пределах — от 9,6—10,01 А при отсут о ствии воды и обменных катионов до 20 Л и более при высоком содержании воды и обменных катионов (среднее значение при о нормальной влажности примерно равно 14,0—15,0 Л ).

Базальные отражения 00/ имеют большое значение для изу­ чения и диагностики глинистых минералов. Однако известно, что базальные отражения 00/ первого и второго порядка каолинита совпадают с отражениями второго и четвертого порядка хлори­ та, отражения первого порядка хлорита совпадает с отражением о первого порядка монтмориллонита (14,0 А) и отражение первого порядка гидрослюды совпадает с отражением первого порядка монтмориллонита. Для уверенной диагностики минералов рент­ геновским методом необходимо получать порошковые рентгено­ граммы не только от естественных образцов, но и от образцов, обработанных тем или иным способом.

Для отличия каолинита от хлорита кроме дебаеграммы есте­ ственного образца необходима дебаеграмма образца, нагретого в течение 30—60 мин до 600—650° С Каолинит при этой темпера­ туре аморфизируется и линии его на дебаеграмме исчезают, ли­ нии же хлорита сохраняются и приобретают особую четкость о (14,0 А). Известно также, что многие хлориты легко растворяют­ ся в разбавленной соляной кислоте при слабом подогревании.

Дебаеграммы образцов, обработанных соляной кислотой, будут лишены линий хлорита, в то время как линии каолинита сохра­ нятся.

Для отличия гидрослюды от монтмориллонита, кроме дебае­ граммы естественного образца, снимается дебаеграмма образца, обработанного этилен-гликолем или глицерином, и образца, на­ гретого до 500—600° С У монтмориллонита, обработанного орга­ ническими жидкостями, базальное отражение первого порядка о 00/ увеличивается до 17—20 А, увеличиваются также отражения более высоких порядков. Линии гидрослюды сохраняют свое значение или изменяются весьма незначительно. В образцах монтмориллонита, нагретых до 500—600° С, наблюдается умень­ шение межплоскостных расстояний, в то время как у гидрослюд они сохраняют прежнее значение (базальное отражение 00/ пер­ вого порядка у монтмориллонита принимает минимальное зна­ чение 9,6—10,0 А).

Для отличия хлорита от монтмориллонита необходима дебае­ грамма естественного образца и образцов, обработанных орга­ ническими жидкостями и прогретых. Монтмориллонит, обрабо­ танный органическими жидкостями, обнаруживает значительное увеличение межплоскостных расстояний до 17—20 А, в то время как большинство хлоритов обладают неразбухающей решеткой, поэтому несмотря на обработку их линии на дебаеграммах сохра­ няют прежние значения.

Однако некоторые хлориты, обработанные глицерином, обна­ руживают заметное разбухание, и межплоскостное расстояние у о них увеличивается до 17 А. В этом случае вопрос о принадлежно­ сти минерала к группе хлорита или монтмориллонита можно разрешить анализом дебаеграммы образца, нагретого до темпе ратуры 500—600° С. У хлорита, обработанного таким способом.



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.