Термобарогеохимический метод картирования.

Термобарогеохимия, как научная отрасль, оформилась в 40-50 годы 20 века в нашей стране. С 60-х годов исследования ГЖВ широко применяются при минералогическом картировании разных масштабов. Наибольший вклад в создание и развитие этого научного направления внесли Н.П. Ермаков, Е.М. Лазько, В.Ф. Лесняк, Ю.А. Долгов, из зарубежных ученых – Э.Ингерсон, Э. Реддер, Г. Дейша, Г. Смит, Х. Имаи, С. Такеноучи и др. Сегодня признанными авторитетами в области термобарогеохимических исследований являются В.Ю. Прокофьев, Н.С. Бортников, Г.Б. Наумов, А.С. Борисенко и др.

Основная цель – определение температуры, давления и состава минералообразующих растворов по их фрагментам, законсервированным в минералах (при их росте) в виде газово-жидких включений (ГЖВ)

ГЖВ бывают первичными (образовались в процессе роста кристалла) и вторичными (возникли при эпигенетических изменниях)

Наибольший интерес представляют первичные включения, по которым можно судить о температуре и составе рудообразующего флюида.

Включения бывают однофазными, двухфазными и трехфазными (жидкость+газ+твердая фаза).

Анализ составов газово-жидких включений.

На сегодняшний день для анализа составов включений применяются различные методы: газовая и ионная хроматография, масс-спектрометрия, рамановская, инфракрасная и другие виды спектроскопии. Существуют валовые виды анализа и анализ индивидуальных включений.

Валовые методы. Анализируется усредненная проба из многих включений. Поскольку, как правило, в минерале-хозяине присутствует несколько генераций включений, валовые методы имеют существенные ограничения из-за смешения их составов.

Газовая хроматография используется для анализа летучих: CO₂, CO, H₂O, H₂S, N₂, H₂, CH₄ и других алканов. Метод имеет точность 2-4% (для воды - 13-15%). Обычно включения вскрывают термической декрепитацией в откачанной кварцевой ампуле при температуре, соответствующей началу пика на декрептограмме, а затем промывают ампулу газом-носителем, подавая пробу в хроматографические колонки. Таким образом, есть возможность последовательно анализировать порции летучих, выделяющихся при разных температурах. Этот метод начал применяться одним из первых и хорошо разработан.

Масс-спектрометрия является более чувствительным методом для анализа летучих и поэтому требует меньшего количества вещества для анализа. Используется для количественного определения: СО₂, SO₂, NH₃, NO, NO₂, H₂S и других газов.

Помимо этого проводится определение изотопного состава таких элементов как H, C, O и S, а также отношений Rb/Sr, Sm/Nd, ⁴⁰Ar/³⁹Ar для определения возраста минерализации.

ICP-MS-методом получают данные по содержанию во включениях редких земель, Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Al³⁺, Li⁺ и других катионов.

Анализ индивидуальных включений. Эти методы анализа возникли недавно и сейчас интенсивно развиваются. Прежде всего, это относится к рамановской и инфракрасной спектроскопии, а с конца 80-х годов стали разрабатываться методы, использующие рентгеновское, и гамма излучение, лазерная спектроскопия.

Рамановская и инфракрасная спектроскопия измеряют энергию перехода между двумя последовательными колебательными молекулярными уровнями. Колебания могут возникнуть в, как минимум, двухатомной молекуле, поэтому только такие молекулы имеют рамановский и инфракрасный спектры. Эти методы позволяют идентифицировать молекулу или, в случае сложных молекул, функциональную группу.

Рамановская спектроскопия позволяет проводить анализ вещества в жидком, газообразном и твердом состоянии во включениях размером более 1мкм. Количественные результаты получают при анализе газов или надкритических флюидов при комнатной температуре на СО₂, CO, N₂, SO₂, H₂S, CH₄ и некоторые другие газы. Качественный анализ проводится для жидкой и твердой фаз.

Микроинфракрасная спектроскопия имеет дело с более крупными включениями (более 15-20 мкм) и, в отличие от рамановской, не позволяет определять газы, в молекуле которых имеются атомы только одного вида (N₂, H₂). Метод имеет ограничения вследствие поглощения минералом-хозяином инфракрасного излучения. На спектроскопах (Micro-FTIR) получают количественные и полуколичественные данные по содержанию органических молекул, воды, CO₂, COS, NH₄⁺, CO₂/H₂O, кетонов, алканов и др. Возможно также исследование распределения молекулярной воды, гидроксильной и карбонатной групп в стекле расплавных включений.

Микротермометрия. Наблюдения за фазовыми переходами при изменении температуры является основным методом при изучении флюидных включений. Используя специальную аппаратуру, помещаемую на столик микроскопа, проводят наблюдения за фазовыми изменениями во включении, происходящие при изменении температуры.

Криометрия. При отрицательных температурах обычно замеряются следующие параметры.

а) Температура эвтектики водно-солевых включений - появление первых порций жидкости после полного замораживания. По температуре эвтектики можно судить о валовом составе включения, например, если замеренная температура равна -21, 3^оС, во включении присутствуют растворы NaCl, если она соответствует -51, 5^оС, - растворы NaCl+CaCl₂

б) Температуры плавления льда и кристаллов солей, выпавших при охлаждении водно-солевых включений. Если мы имеем дело с недосыщенными растворами одной соли, после плавления эвтектики остаются только кристаллики льда. В зависимости от концентрации соли они снижают температуру плавления льда. На этом основан метод определения концентрации соли во включении