Автор: Вяткин Сергей Васильевич
Название работы: Термоселективная методика датирования кварца по Al-парамагнитным центрам и уточнение хронологии извержений вулкана Эльбрус
|
Присвоенная ученая степень: кандидат геолого-минералогических наук
Специальность: 25.00.05 - минералогия, кристаллография
Классификационный индекс:
Ведущая организация:
Руководитель:
профессор доктор геолого-минералогических наук Д.Г. Кощуг;
Оппонент:
профессор доктор геолого-минералогических наук В.С. Балицкий;
кандидат физико-математических наук Л.Т. Раков.;
Место защиты:
Дата защиты:
Издательство: Москва
Количество страниц:
Язык: русский
Содержание работы:
Общая характеристика работы.
Глава 1. Объекты и методы исследований.
Глава 2. Определение рекомбинационных параметров Ea, K0 и среднего времени жизни τ для Al-парамагнитных центров в кристаллической структуре α-кварца.
Глава 3. Методика ЭПР-датирования добавочными дозами с промежуточным отжигом.
Глава 4. ЭПР-датирование α-кварца эффузивных пород Эльбруса по методике добавочных доз с промежуточным отжигом.
Заключение.
Работы, в которых опубликованы основные результаты исследований.
|
Реферат:
Общая характеристика работы.
Актуальность. Методы абсолютной геохронологии были и остаются одним из важнейших инструментов геологических исследований. Восстановление последовательности геологических процессов,
определение физической скорости их протекания задачи, при решении которых методы абсолютной геохронологии приобретают первостепенное значение. Методы датирования пород с
применением спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) занимают особое место среди других, поскольку эффективны при отсутствии органического материала, а также
на временном интервале, в котором затруднительно использование таких общепринятых методов, как радиоуглеродный и K/Ar. В частности, в условиях молодого высокогорного вулканизма
применимы лишь специализированные высокоточные методики K/Ar анализа, разработанные специально для молодых пород, и SHRIMP-датирование. Однако, по временным и финансовым затратам
они неприемлемы для датирования большого числа образцов, что необходимо при детальных исследованиях
Возобновление вулканической деятельности в Эльбрусском вулканическом центре приведет к катастрофическим последствиям, масштаб которых трудно переоценить, поэтому задача восстановления
хронологии вулканической активности и определения цикличности процессов, происходивших в этом районе, в настоящее время более чем актуальна. Это делает актуальными и исследования,
направленные на повышение точности методик ЭПР-датирования и на расширение временных границ их применения.
Цель и задачи. Основной целью данной работы являлось совершенствование метода ЭПР-датирования и разработка новых методик корректного определения возраста пород по [AlO4-/h+]
парамагнитным центрам в α-кварце, путем изучения рекомбинационных процессов, происходящих с [AlO4-/h+] парамагнитными центрами в кристаллической решетке α-кварца,
и учета влияния этих процессов при ЭПР-датировании.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Обобщение и анализ опубликованных в научной литературе данных о природе Al-центров в кварце, их свойствах и взаимодействии с другими составляющими кристаллической решетки
кварца.
2. Обобщение и анализ опубликованных в научной литературе данных о термической устойчивости и параметрах рекомбинации Ea и K0 [AlO4-/h+] парамагнитных центров в кварце различного
генезиса.
3. Экспериментальное исследование термической устойчивости [AlO4-/h+] парамагнитных центров в кварце методом изотермических отжигов на образцах кварца вулканического происхождения,
отобранных из эффузивных пород Эльбруса, и образцах другого генезиса.
4. Математическое моделирование экспериментально полученных данных, нахождение модели, адекватно описывающей процессы термического распада [AlO4-/h+] парамагнитных центров
в кварце, и определение параметров рекомбинации Ea и K0.
5. Определение причин ложного омоложения вулканических пород Эльбруса при ЭПР-датировании по [AlO4-/h+] парамагнитным центрам в кварце на основе установленной модели их термического
распада.
6. Разработка ЭПР-методики корректного определения возраста эффузивных пород Эльбруса по [AlO4-/h+] парамагнитным центрам в кварце, учитывающей процессы рекомбинации.
7. Проведение ЭПР-датирования по [AlO4-/h+] парамагнитным центрам в кварце серии образцов вулканических пород Эльбруса по новой методике, и сравнение результатов с данными,
полученными другими методами.
Новизна. Принципиально новой является предложенная в работе трехкомпонентная модель процессов рекомбинации Al-парамагнитных центров в кварце, с выделением короткоживущего,
а также средне- и долгоживущего типов центров. Модель позволяет определять параметры рекомбинации Ea и K0, а также время жизни τ для каждого типа центров. Все определения
параметров рекомбинации в предшествующих работах выполнены для Al-парамагнитных центров в кварце как однородной структурной единицы.
Предложены объяснения расхождениям в значениях рекомбинационных параметров для Al-центров в кварце различного генезиса, а также фактам ложного омоложения возрастов пород,
определенных методом ЭПР-датирования, в предшествующих исследованиях.
Впервые определены величины рекомбинационных параметров Ea и K0 для разных типов Al-центров в кварце эффузивных пород Эльбруса, что дало возможность уточнить пределы применимости
метода ЭПР-датирования по Al-центрам в кварце для вулканитов Эльбруса.
Разработана новая методика ЭПР-датирования добавочными дозами с промежуточным отжигом, основанная на использовании для определения возраста средне- и долгоживущего типов Al-парамагнитных
центров в кварце. Методика позволяет корректно определять реальный возраст пород, расширяет пределы применимости метода ЭПР-датирования и приводит к более точным результатам.
Проведено экспериментальное датирование по новой методике, показавшее практически полную сходимость с реперными значениями возрастов, полученными K/Ar методом. Во всех работах
по ЭПР-датированию эффузивных пород Эльбруса, предшествующих данной, получены возрасты пород, омоложенные по сравнению с независимыми определениями.
Методы исследования и фактический материал. Работа выполнена на кафедре минералогии геологического факультета МГУ. Исследования проводились на базе представительной коллекции
более чем из 100 образцов кварца, отобранных в ходе полевых работ на Эльбрусе в 1999 2002 гг. Кроме того, исследовались также пробы кварца, отобранные на Эльджуртинском
гранитном массиве и месторождении Желанное (Приполярный Урал). Лабораторное облучение образцов производилось на γ-источнике 60Со института Физической Химии РАН. Концентрации
химических элементов определялись нейтронно-активационным и рентгенофлюоресцентным методами в лаборатории ядерно-физических исследований ИГЕМ РАН. K/Ar датировки получены
в лаборатории изотопной геохимии и геохронологии ИГЕМ РАН.
Апробация работы. Основные тематические разделы и отдельные приложения диссертации были представлены на семи конференциях и семинарах: на III Международном минералогическом
семинаре Новые идеи и концепции в минералогии (Сыктывкар, 2002), на Международном семинаре Кварц, Кремнезем (Сыктывкар, 2004), на Международной конференции Modern Development
of Magnetic Resonance (Казань, 2004), на 32-м Международном геологическом конгрессе (Флоренция, 2004), на Международной конференции Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия
минералов (Казань, 2005), на III Российской конференции по изотопной геохронологии (Москва, 2006), на III Международной конференции Materials science and condensed matter
physics (Кишинев, 2006).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 125 страницах машинописного текста, 15 таблиц, 62 рисунков и списка цитируемой
литературы из 151 наименования.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность и глубокую признательность своему научному руководителю Д.Г. Кощугу за всестороннюю поддержку и ценные указания на всех
стадиях работы над диссертацией. Автор весьма признателен А.С. Марфунину за поддержку проведенных исследований, сотрудникам кафедры минералогии МГУ А.Н. Ноздрякову, С.С. Махотину,
Р.В. Шабалину, а также сотрудникам Института физической химии РАН В.А. Янчину и Ю.А Болдузеву, за большую помощь в подготовке и проведении экспериментов. Автор искренне благодарен
сотрудникам ИГЕМ РАН А.Г. Гурбанову и В.М. Газееву за предоставленный материал для исследований, детальную геологическую характеристику пород Эльбруса, а также за совместную
геологическую интерпретацию результатов ЭПР-датирования. Автор благодарен проф. Rainer Grun (Research School of Earth Sciences, Australian National University) за любезно
предоставленные программные продукты, а также всем участникам научных конференций, на которых излагалась идея и основные научные положения работы, за внимательное и серьезное
отношение к рассматриваемым вопросам. Некоторые исследования проведены при совместной финансовой поддержке Программы "Университеты России" и РФФИ (гранты 01-05-65393 и
04-05-64362).
|
Библиография:
1. Шабалин Р.В., Кощуг Д.Г., Гурбанов А.Г., Газеев В.М., Вяткин С.В. Помнит ли кварц извержения Эльбруса? // Материалы III Международного минералогического семинара Новые идеи и концепции в минералогии. Сыктывкар: Геопринт. 2002. С. 187. 2. Гурбанов А.Г., Богатиков О.А., Кощуг Д.Г., Шабалин Р.В., Газеев В.М., Докучаев А.Я., Вяткин С.В. Породообразующий кварц хранит информацию о времени прошлых извержений вулкана Эльбрус (новый метод ЭПР датирования) // Вестник Владикавказского научного центра РАН. 2002. 4. 36-41. 3. Шабалин Р.В., Вяткин С.В., Гурбанов А.Г., Кощуг Д.Г. Термическая рекомбинация парамагнитных Al-центров в кварце и ЭПР датирование // Записки ВМО 2004. 2. 76-88. 4. Вяткин С.В., Кощуг Д.Г., Шабалин Р.В. Скорости поднятия Эльджуртинского и Сангутидонского гранитных массивов и врезания долины реки Баксан. // Тез. докл. Междун. семинара Кварц, Кремнезем, Сыктывкар, 21-24 июня 2004. Сыктывкар: Геопринт, 2004. c 157-158. 5. Koshchug D.G., Vyatkin S.V., Gazeev V.M., Gurbanov A.G., Shabalin R.V. // EPR dating and chronology of the Elbrus volcano (Caucasus) evolution // Modern development of magnetic resonance. Abstr. of International conference. Kazan, 2004. 23-24. 6. Koshchug D.G., Grun R., Shabalin R.V., Vyatkin S.V. Recombination of Al- and Ti-centers in quartz in natural system // 32-nd IGC, Florence. 2004. Abstr. (part 1) 550. 7. Koshchug D.G., Shabalin R.V., Gurbanov A.G., Vyatkin S.V. Formation of radiation defects in quartz as a basis for the Elbrus volcano evolution (Caucasus, Russia) // 32-nd IGC, Florence. 2004. Abstr. (part 1) 552. 8. Koshchug D.G., Gazeev V.M., Gurbanov A.G., Shabalin R.V., Vyatkin S.V. EPR dating and evolution of the Elbrus volcano // Appl. Magn. Res. 2005. V 28. Pp 1-12. 9. Вяткин С.В., Кощуг Д.Г., Махотин С.С. Модель трех экспонент для определения рекомбинационных параметров парамагнитного центра [AlO4-/h+] в структуре кварца // Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов: Материалы международной научной конференции. Казань: Плутон. 2005. с. 57-58. 10. Вяткин С.В., Кощуг Д.Г., Махотин С.С., Скобкин В.С., Федющенко С.В. Скорость рекомбинации различных алюминиевых центров в кварце // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 4. Геология. 2006. 4. 11. Вяткин С.В., Кощуг Д.Г., Махотин С.С., Федющенко С.В. Методические аспекты ЭПР датирования кварца эффузивных пород // Изотопное датирование процессов рудообразования, магматизма, осадконакопления и метаморфизма: Материалы III Российской конференции по изотопной геохронологии. М.: ГЕОС. 2006. с. 174-749. 12. Koshchug D.G., Makhotin S.S. , Vyatkin S.V. Recombination kinetics of radiation induced paramagnetic Al-centers in quartz // 3rd International conference Materials science and condensed matter physics Chisinau, Moldova, 2006. Abstr., p. 46. 13. Vyatkin S.V., Koshchug D.G., Makhotin S.S. Various recombination kinetics of Al-centers in quartz from the Elbrus volcano and the Eldzhurtinsky granite rocks // Appl. Magn. Res. 2006. (в печати).
|
|
