Автор: Агаханов Атали Акмурадович
Название работы: Минералогия цезия в щелочном массиве Дараи-Пиёз (Таджикистан)
|
Присвоенная ученая степень: кандидат геолого-минералогических наук
Специальность: 25.00.05 - минералогия, кристаллография.
Классификационный индекс:
Ведущая организация: Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
Руководитель:
доктор геолого-минералогических наук Пеков Игорь Викторович;
Оппонент:
доктор геолого-минералогических наук Александров Станислав Михайлович;
кандидат геолого-минералогических наук Шкурский Борис Борисович;
Место защиты: ауд. 829, Геологический факультет МГУ
Дата защиты: 2010-06-18 16:00
Издательство: Москва
Количество страниц: 167
Язык: русский
Содержание работы:
Общая характеристика работы.
Глава 1. Цезий и его нахождение в природе.
Глава 2. Фактический материал, методы исследования и использованная аппаратура.
Глава 3. Краткая геолого-петрографическая характеристика щелочного массива Дараи-Пиёз.
Глава 4. Пегматиты с цезиевой минерализацией в щелочном массиве Дараи-Пиёз.
Глава 5. Цезиевая минерализация массива Дараи-Пиёз.
Глава 6. О химическом составе калиевых минералов Дараи-Пиёза и содержаниях в них цезия и рубидия.
Глава 7. Цезиевая минерализация: кристаллохимический и генетический анализ.
Заключение.
|
Реферат:
Общая характеристика работы.
Актуальность темы. Цезий литофильный редкий металл. Близость по свойствам к петро-генному калию вкупе с низким кларковым содержанием (3.7.10-4%) обусловливают преимущественное
нахождение цезия в литосфере в рассеянном состоянии. В то же время, Cs+ самый крупный из катионов металлов, известных в объектах земного происхождения, и эта особенность
определяет индивидуальные черты геохимии и минералогии данного элемента. В отличие от родственного рубидия, более сходного по ионному радиусу с калием и поэтому практически
полностью рассеянному в калиевых минералах, цезий обладает выраженной способностью к накоплению, подчас до очень значительных концентраций, при достижении которых дает собственные
фазы. В современной минералогической номенклатуре как самостоятельные виды фигурируют 18 собственных минералов цезия, один из которых поллуцит CsAlSi2O6 может давать в
гранитных пегматитах гигантские скопления. Поллуцит хорошо изучен в различных аспектах, в то время как в целом по минералогии и минералогической кристаллохимии цезия обобщающих
работ нет, вероятно, в силу редкости остальных его минералов и разбросанности их по разным генетическим типам.
Семь из восемнадцати минералов Cs были открыты в своеобразных щелочных пегматитах массива Дараи-Пиёз в Таджикистане, а в последнее время там же обнаружено еще четыре его собственных
минеральных фазы. Таким образом, в этом объекте оказалось сосредоточено более половины от общего числа известных природных соединений цезия, причем десять из этих одиннадцати
впервые установлены нами. Дараи-пиёзские цезиевые минералы характеризуются не только видовым, но также значительным химическим и структурным разнообразием, что делает данный
объект уникальным полигоном для изучения минералогии, в том числе структурной и генетической, этого элемента и его поведения в постмагматических системах. Полученные на
этом материале результаты могут стать ядром обобщающих работ по геохимии концентрированного состояния, генетической минералогии и минералогической кристаллохимии цезия в целом.
В щелочных пегматитах Дараи-Пиёза открыт целый ряд минералов, имеющих селективно цезиевый состав определенных катионных позиций, в том числе силикаты с совершенно новыми типами
цеолитоподобных структур. Такая высокая избирательность в отношении цезия заставляет обратить на них внимание как на потенциальные природные прототипы кристаллических материалов
для иммобилизации 137Cs одного из главных и наиболее опасных радиоактивных загрязнителей окружающей среды после ядерных взрывов, аварий на АЭС и других объектах, использующих
ядерное топливо.
Всё это определяет актуальность детального исследования цезиевой минерализации щелочного массива Дараи-Пиёз.
Цели и задачи работы. Главные цели работы подробная характеристика уникальной, разнообразной цезиевой минерализации, развитой в массиве Дараи-Пиёз, и выявление, путем анализа
минералогических и кристаллохимических данных, закономерностей поведения цезия в обогащенных этим элементом щелочных постмагматических системах. При выполнении работы решались
следующие конкретные задачи:
выявление, петролого-минералогическая характеристика и типизация пород (пегматитов), несущих на Дараи-Пиёзе цезиевую минерализацию;
установление в этих породах собственных минералов цезия, в том числе новых, с изучением их кристаллохимии и свойств;
определение химического состава тех минералов Дараи-Пиёза, в первую очередь калиевых, которые способны нести значительную (0.n мас.% и более) примесь Cs, и выявление закономерностей
распределения тяжелых щелочных металлов между фазами;
анализ геохимических особенностей, общих и локальных, ответственных за разнообразие и своеобразие цезиевой минерализации Дараи-Пиёза;
выявление закономерных связей состав структура у изученных цезиевых минералов;
получение новых данных о минералах цезия из родственных геологических формаций (гранитные пегматиты, лифференциаты агпаитовых фельдшпатоидных пород) и анализ литературного
материала по этим минералам, сопоставление их с результатами изучения цезиевой минерализации Дараи-Пиёза.
Фактический материал и методика исследований. Работа выполнена за период с 1992 г по 2009 г. Отобрано, задокументировано и использовано для отбора проб более 2000 образцов;
изготовлено и изучено под оптическим и электронным микроскопами 390 аншлифов и 45 прозрачно-полированных шлифов; сделано более 200 фотографий под оптическим и электронным
микроскопами; выполнено более 1000 количественных и полуколичественных электронно-зондовых анализов; снято более 200 порошковых рентгеновских дифрактограмм и более 40 дебаеграмм;
записано 65 ИК-спектров; выполнено 45 химических анализов, в т.ч. методами ICP OES, ICP MS и атомной абсорбции, а также 18 количественных определений H2O методом Пенфильда;
замерено более 200 оптических констант на поляризационном микроскопе. Применялись и другие физические методы определение микротвердости и плотности, изучение люминесценции
в УФ-лучах. На исследованном нами материале коллегами выполнено 18 определений легких элементов и Rb на ионном микрозонде, проделано 16 монокристальных рентгенодифракционных
экспериментов с последующей расшифровкой кристаллических структур минералов.
Использовалась следующая аппаратура: сканирующий электронный микроскоп JEM 100CX фирмы JEOL; электронно-зондовые микроанализаторы JCXA 50A фирмы JEOL и Camebax micro beam
фирмы Cameca, укомплектованные волново-дисперсионными спектрометрами с модернизированными энергодисперсионными спектрометрами Link, а также CamScan 4 фирмы Oxford Instruments
с энергодисперсионным спектрометром Link ISIS; вторично-ионный микроскоп Cameca IMS4F; оптический спектрометр IСP OES VISTA Pro фирма Varian; масс-спектрометор ICP MS Х7
фирмы Thermo; атомно-абсорбционная установка FMD 4 фирмы OPTON; электронограф ЭМР 100М; порошковый дифрактрометр ДРОН-2; рентгеновские аппараты УРС-55 и УРС -50 с камерами
РКД 57.3 и РКУ 114; монокристальные дифрактометры Bruker P4 с CCD-детектором и Siemens P4; спектрофотометр Specord 75 IR; ИК-фурье-спектрометр Avatar фирмы Thermo Nicolet;
поляризационные микроскопы МП-2, Мин-8, Полам Л-211 и Р-312 фирмы ЛОМО и Laborlux 11 pol фирмы Leitz, рефрактометр ИРФ-454Б фирмы ЛОМО; однокружный гониометр фирмы Fuess;
микротвердометр ПМТ-3.
Все перечисленные виды работ, кроме рентгенографии монокристаллов, расшифровки кристаллических структур и анализов на ионном микрозонде, выполнены собственноручно автором
или же совместно Л.А. Паутовым и В.Ю. Карпенко.
Научная новизна. Впервые осуществлена детальная, систематическая характеристика уни-кальной и разнообразной цезиевой минерализации в постмагматических образованиях щелочного
массива Дараи-Пиёз, выявлены закономерности распределения цезия в их минералах. Выполнено петролого-минералогическое описание цезиеносных пегматитов Дараи-Пиёза, подробно
изучен их минеральный состав, обнаружены и охарактеризованы ранее неизвестные типы пегматитов. Автором или с его участием открыты семь цезиевых минералов, утвержденных Комиссией
по новым минералам, номенклатуре и классификации ММА. Шесть из них телюшенкоит CsNa6[Be2(Si,Al,Zn)18O39F2], соколоваит CsLi2Al[Si4O10]F2, сенкевичит CsKNaCa2TiO[Si7O18(OH)],
зеравшанит Cs4Na2Zr3(Si18O45)(H2O), менделеевит-(Се) Cs6(REE22Ca6)(Si70O175)(OH,F)14(H2O)21 и кирхгоффит CsВSi2O6 происходят из Дараи-Пиёза, а паутовит CsFe2S3 из Ловозерского
щелочного массива (Кольский п-ов). Кроме того, автором на Дараи-Пиёзе зафиксированы еще четыре потенциально новых цезиевых минералов калие-вый аналог менделеевита-(Се) Cs6K6(REE22Ca6)(Si70O175)(OH,F)20(H2O)15
и три слюды с составами CsLiMg2Si4O10F2, CsLiFe2Si4O10F2 и CsLi2TiSi4O10(OF), которые находятся в стадии мине-ралогического изучения. Кроме собственно цезиевых, в пегматитах
Дараи-Пиёза нами установлено еще 13 новых минералов, в двух из которых наливкините и орловите содержится значительная примесь цезия. На материале автора и с его участием
впервые изучены кристаллические структуры 7 цезиевых минералов, в том числе выявлены два совершенно новых цеолитоподобных структурных типа: это гетерокаркасная структура зеравшанита
и квазикаркасная менделеевита-(Се). Автором собраны данные по химическому составу тех минералов Дараи-Пиёза, где цезий присутствует как примесь, а также проанализирован
материал по составу потенциально цезиеносных калиевых минералов, и на этой основе выявлена четкая тенденция к обособлению в изучаемых системах цезия (с образованием концентрированных
форм собственных минералов), в т.ч. отделению его от калия. Найдены закономерные связи между структурно-топологическими типами минералов и степенью и характером замещения
Cs на K и другие элементы (Na, Rb, Tl). Установлено два способа разделения цезия и калия: 1) упорядочение по разным позициям в пределах одной структуры, как в сенкевичите
и калиевом аналоге менделеевита-(Се); 2) фракционирование Cs и K между ассоциирующими минералами, которые могут относиться к разным структурным типам (Zr-силикаты) или же
быть изоструктурными (слюды). Впервые показаны решающее влияние активности глинозема (агпаитности) на характер цезиевой минерализации и роль локальных геохимических ситуаций
в формировании видового и структурного разнообразия минералов цезия, для которых выявлены закономерные связи состав структура.
Практическая значимость. Полученные аналитические данные и последовавшие из них выводы и обобщения вносят существенный вклад в развитие минералогии (впервые установлены 11
из 22 известных в природе собственных фаз Cs), кристаллохимии и геохимии цезия элемента, для которого эти вопросы разработаны сравнительно слабо. Сведения о новых минералах
пополнили справочную литературу и базы данных по минералогии и кристаллохимии. Результаты работы, в первую очередь данные о новых селективно цезиевых цеолитоподобных природных
силикатах ранее неизвестных структурных типов, могут быть использованы при решении вопросов получения синтетических материалов, эффективных для иммобилизации радиоактивного
137Cs.
Защищаемые положения
1. Цезиевая минерализация в щелочных постмагматических образованиях массива Дараи-Пиёз совершенно специфична и уникально разнообразна в видовом (здесь установлена половина
от общего числа известных в природе собственных фаз Cs), химическом и структурном аспектах. Это обусловлено не только обогащенностью данных минералообразующих систем цезием,
но и, не в меньшей степени, дефицитом глинозема, что позволяет цезию избежать вхождения в алюмосиликаты.
2. Цезий в собственных минералах пегматитов Дараи-Пиёза обнаруживает четкую тенденцию к обособлению, отделяясь в первую очередь от калия. Глубокое фракционирование цезия и
калия происходит в одних случаях между фазами (часто находящимися в тесной ассоциации), в том числе изоструктурными, в других по неэквивалентным позициям в пределах одной
структуры. Степень разделения закономерно связана с топологией структуры и мотивом расположения в ней этих катионов: наиболее легко реализуются замещения в межпакетном пространстве
слоистых кристаллов и в широких каналах, тогда как для минералов каркасного строения с изолированными полостями характерна наиболее высокая селективность в отношении Cs или
же K.
3. Цезиевый минералогенез в высококремнистых агпаитовых системах крайне чувствителен к локальной геохимической ситуации в момент зарождения фаз: она во многом определяет кристаллохимические
особенности цезиевых силикатов. Цезий приспосабливает к построению структур силикатов широкий спектр других катионов, и в зависимости от их комбинации при одних и тех же
физических параметрах среды возникают минералы, очень сильно различающиеся в структурно-топологическом отношении. Малоразмерные катионы с высокими силовыми характеристиками
(B, Be) дают с Cs силикаты со смешанными чисто тетраэдрическими каркасами (Si+B,Be,Al) достаточно высокой плотности. В присутствии более крупных катионов со средними силовыми
характеристиками (Ti, Mn, Fe, Mg, Al, Li) возникают минералы Cs с плотными структурами на базе слоев или лент Si-тетраэдров (c Li тетракремниевые слюды). При участии еще
более крупных катионов формируются цеолитоподобные цезиевые силикаты с низкоплотными гетерополиэдрическими каркасами (Si+Zr) или квазикаркасами (Si+REE,Ca).
Апробация работы. По вопросам, обсуждаемым в диссертации, опубликовано 25 статей и тезисы 2 докладов, еще 2 статьи приняты к печати. Материалы работы были представлены на
Международном симпозиуме Минералогические музеи в XXI веке (С.-Петербург, 2000) и Международной научной конференции Ферсмановские чтения (Москва, 2008).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Общий объем 167 страниц, включая 88 стр. машинописного текста, 51 таблицу, 47 рисунков
и список литературы из 128 наименований.
Благодарности. Автор благодарен всем, кто оказывал помощь и поддержку при выполнении работы, в первую очередь научному руководителю И.В. Пекову и, конечно, своему учителю
и другу Л.А. Паутову. Огромная благодарность В.Ю. Карпенко и П.В. Хворову, вместе с которыми автор проводил полевые сезоны в труднодоступных районах и вёл исследовательскую
работу. Неоценимую помощь и поддержку оказала директор Минералогического музея им. А.Е Ферсмана РАН проф. М.И. Новгородова. Минералогические исследования проводились в тесном
сотрудничестве с В.Д. Дусматовым, Г.К. Бекеновой, Д.И. Белаковским, Е.И. Семеновым, К.И. Игнатенко, И.М. Куликовой, В.А. Муфтаховым, Н.В. Чукановым, С.Г. Симакиным, Ф.Г. Гафуровым,
В.Ю. Моргуновой. Разностороннюю помощь оказывали А.В. Быстров, С.Н. Ненашева, Н.А. Пекова, М.Е. Генералов, М.Н. Мурашко, П.М. Карташов, М.М. Моисеев. Кристаллические структуры
минералов изучались высококвалифицированными кристаллохимиками Е.В. Соколовой, Ф.К. Хоторном, Ю.А. Уваровой, О.В. Якубович, В. Массой. В проведении полевых исследований
на Дараи-Пиёзе также участвовали Т.K. Беркелиев и А.Р. Файзиев, а в их организации неоценимую помощь оказала Р.У. Сабирова. Работа была поддержана грантами РФФИ Новые минералы
(97-05-65923-а) и Новые минералы цезия и стронция из щелочных массивов (04-05-64118-а).
|
Библиография:
Публикации по теме диссертации. 1. Паутов Л.А., Агаханов А.А., Соколова Е.В., Игнатенко К.И. Дусматовит - новый ми-нерал группы миларита // Вестник Московского Университета. Серия 4. Геология. 1996. 2. С. 54-60. 2. Паутов Л.А., Агаханов А.А. Березанскит KLi3Ti2Si12O30 - новый минерал // ЗВМО. 1997. 4. C. 75-80. 3. Паутов Л.А., Агаханов А.А., Соколова Е.В., Кабалов Ю.К. Туркестанит Th(Ca,Na)2(K1-x[]x)Si8O20.nH2O - новый минерал со сдвоенными четверными кремнекислород-ными кольцами // ЗВМО. 1997. 6. C. 45-55. 4. Паутов Л.А., Агаханов А.А., Соколова Е.В. Шибковит K(Ca,Mn,Na)2(K2-x[]x)2Zn3Si12O30 - новый минерал группы миларита // ЗВМО. 1998. .4. С. 89-94. 5. Паутов Л.А., Хворов П.В., Муфтахов В.А., Агаханов А.А. Согдианит и сугилит из пород Дара-и-Пиозского массива (Таджикистан) // ЗВМО. 2000. 3. C. 66-79. 6. Моргунова В.Ю., Пеков И.В., Чуканов Н.В., Паутов Л.А., Агаханов А.А., Белаковский Д.И. Об астрофиллите с необычным составом межпакетных катионов // Минералогиче-ские музеи в XXI веке. СПб., 2000. С. 73. 7. Sokolova E.V., Huminicki D., Hawthorne F., Agakhanov A.A., Pautov L.A., Grew E. The crystal chemistry of telyushenkoite and leifite, ANa6[Be2Al3Si15O39F2], A=Cs, Na // Canad. Miner. 2002. Vol. 40. Pt. 1. P. 183-192. 8. Агаханов А.А., Паутов Л.П., Белаковский Д.И., Соколова Е.В., Хавторн Ф. Телюшен-коит CsNa6[Be2(Si,Al,Zn)18O39F2] новый цезиевый минерал группы лейфита // Новые данные о минералах. 2003. Вып. 38. С. 5-8. 9. Sokolova E.V., Hawthorne F., Agakhanov A. A., Pautov L.A. The crystal chemistry of moskvinitе, Na2K(Y,REE)[Si6O15], a new silicate mineral with [Si6O15] three-membered double-rings from the Dara-i-Pioz, Tien-Shan Mountains, Tajikistan // Canad. Miner. 2003. Vol. 41.Pt. 2. P. 513-520. 10. Агаханов А.А., Паутов Л.П., Соколова Е.В., Хавторн Ф, Карпенко. В.Ю. Москвинит-(Y) Na2K(Y,REE)[Si6O15] новый минерал // ЗВМО. 2003. 6. С. 15-21. 11. Паутов Л.А., Агаханов А.А., Уварова Ю.А., Соколова Е.В., Хавторн Ф. Зеравшанит, Cs4Na2Zr3Si8O45(H2O)2, новый цезиевый минерал из Дара-и-Пиозского массива (Таджикистан) // Новые данные о минералах. 2004. Вып. 39. С. 20-25. 12. Агаханов А.А., Паутов Л.А., Уварова Ю.А., Соколова Е.В., Хавторн Ф., Карпенко В.Ю., Дусматов В.Д., Семенов Е.И. Араповит, (U,Th)(Ca,Na)2(K1-x[]x)Si8O20.H2O, новый мине-рал // Новые данные о минералах. 2004. Вып. 39. С. 14-19. 13. Pautov L.A., Agakhanov A.A., Sokolova E.V., Hawthorne F.C.. Maleevite, BaB2Si2O8, and pekovite SrB2Si2O8 , a new minerals species from the Dara-i-Pioz alkaline massif, northern Tajikistan: description and crystal structure // Canad. Miner. 2004. Vol. 42. Pt. 1. P. 107-120. 14. Uvarova Y.A., Sokolova E.V., Hawthorne F., Pautov L.A., Agakhanov A.A. A novel [Si8O45]18- sheet in the crystal structure of zeravshanite, Cs4Na2Zr3Si18O45(H2O)2 // Canad. Miner. 2004. Vol. 42. Pt. 1. P. 125-134. 15. Uvarova Y.A., Sokolova E.V., Hawthorne F., Agakhanov A.A., Pautov L.A. The crystal structure of arapovite, U4+(Ca,Na)2(K1-xx)[Si8O20], x = 0.5, a new mineral species of the steacyite group from the Dara-i-Pioz moraine, Tien-Shan Mountains, Tajikistan // Canad. Miner. 2004. Vol. 42. Pt. 4. P. 1005-1012. 16. Pekov I.V., Agakhanov A.A., Boldyreva M.M., Grishin V.G. Pautovite, CsFe2S3, a new mineral species from the Lovozero alkaline complex, Kola Peninsula, Russia // Canad. Miner. 2005. Vol. 43. Pt. 3. P. 965-972. 17. Агаханов А.А., Паутов Л.А., Уварова Ю.А., Соколова Е.В., Хавторн Ф., Карпенко В.Ю. Сенкевичит CsKNaCa2TiO[Si7O18(OH)] новый минерал // Новые данные о минералах. 2005. Вып. 40. С. 17-22. 18. Паутов Л.А., Агаханов А.А, Бекенова Г.К., Соколоваит CsLi2AlSi4O10F2 новый минерал из группы слюд // Новые данные о минералах. 2006. Вып. 41. С. 5-14. 19. Uvarova Y.A., Sokolova E.V., Hawthorne F., Agakhanov A.A., Pautov L.A., Karpenko V.Y. The crystal chemistry of senkevichite, CsKNaTiO[Si7O18(OH)], from the Dara-i-Pioz alkaline massif, Northern Tajikistan // Canad. Miner. 2006. Vol. 44. Pt. 6. P. 1341-1349. 20. Агаханов А.А., Паутов Л.А., Уварова Ю.А., Соколова Е.В., Хавторн Ф., Карпенко В. Ю, Гафуров Ф.Г. Файзиевит K2Na(Ca6Na)Ti4Li6Si24O66F2 новый минерал // Новые данные о минералах. 2007. Вып. 42. С. 5-11. 21. Пеков И.В., Агаханов А.А. О высокоталлиевом мурунските из Ловозерского массива (Кольский полуостров) и о характере распределения щелочных металлов и таллия между сульфидными минералами // ЗВМО. 2007. 4. С. 51-63. 22. Uvarova Y.A., Sokolova E.V., Hawthorne F., Agakhanov A.A., Pautov L.A. The crystal chemistry of faizievite, K2Li6Na(Ca6Na)Ti4[Si6O18]2[Si12O30]F2, a novel structure based on interca-lated blocks of the baratovite and berezanskite structures // Canad. Miner. 2008. Vol. 46. Pt. 1. P. 163-171. 23. Uvarova Y.A., Sokolova E.V., Hawthorne F., Agakhanov A.A., Pautov L.A. The crystal structure of nalivkinite, a new lithium member of the astrophyllite group // Canad. Miner. 2008. Vol. 46. Pt. 3. P. 651-659. 24. Паутов Л.А., Агаханов А.А., Гафуров Ф.Г. Титантарамелит с Дараи-Пиёзского массива // Геология, генезис и закономерности размещения месторождений полезных ископаемых. Душанбе. 2008. С. 38-45. 25. Агаханов А.А., Паутов Л.А., Уварова Ю.А., Соколова Е.В., Хавторн Ф., Карпенко В. Ю, Гафуров Ф.Г. Наливкинит, Li2NaFe2+7Ti2(Si8O24)O2(OH)4F, новый минерал из группы астрофиллита с Дараи-Пиёзского массива (Таджикистан) // Новые данные о минералах. 2008. Вып. 43. С. 5-13. 26. Паутов Л.А., Агаханов А.А., Карпенко В.Ю., Хворов П.В. Минералогия и геохимия щелочного комплекса Дараи-Пиёз // Международная конференция Ферсмановские чтения. М., 2008. С. 43-47. 27. Пеков И.В., Кононкова Н.Н., Агаханов А.А., Белаковский Д.И., Казанцев С.С., Зубкова Н.В. Волошинит новая рубидиевая слюда из гранитных пегматитов Вороньих тундр (Кольский полуостров) // ЗРМО. 2009. 3. С. 90-100. 28. Pekov I.V., Yakubovich O.V., Massa W., Chukanov N.V., Kononkova N.N., Agakhanov A.A., Karpenko V.Yu. Londonite from Urals and new aspects of crystal chemistry of the rhodizite-londonite series // Canad. Miner. 2010. Vol. 48, в печати. 29. Агаханов А.А., Паутов Л.А., Карпенко В.Ю, Бекенова Г.К., Уварова Ю.А. Орловит KLi2TiSi4O10(OF) новый минерал из группы слюд с Дараи-Пиёзского массива (Таджикистан) // Новые данные о минералах. 2010. Вып. 45, в печати.
|
|
