Шкурский Борис Борисович
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
|
содержание |
Актуальность исследования. Минералы с масштабами неоднородности, меньшими длины световой волны, оптически гомогенны. Большая часть таких наногетерогенных образований содержит слоеподобные компоненты и может быть отнесена к ламелярным гетерокристаллам (ЛГК). В их числе структуры распада, смешаннослойные минералы, политипы и полисомы. Ряд вопросов, относящихся к строению таких объектов, может быть решен с использованием оптических методов, особенно это касается породообразующих минералов, при исследовании которых кристаллооптика сохраняет ведущие позиции. Так, правая граница перистеритовой области кислых низких плагиоклазов остается не уточненной (Крамаренко и др., 1981), выяснение природы <аномалии> угла оптических осей в интервале составов An17-An33 должно прояснить этот вопрос. Разрешению дискуссии о принадлежности минералов группы гумита к слоевой полисоматической серии может способствовать уточнение связи их оптических свойств и структуры. Оптические свойства наногетерогенных минералов, описываемые единой индикатрисой, формируются при аддитивном участии оптических параметров компонентов, присущем тонким смесям. Для этого явления предложен термин <оптическая смесимость> (ОС) (Муравьёв, Дриц, 1970), принимаемый и автором. Использование концепции ОС имеет целью решение обратных задач: установление содержаний компонентов в смеси. Качество таких решений определяется решением прямой задачи, лежащим в основе всякой теоретической модели ОС; кардинальную роль здесь играет установление аддитивных параметров. Слабая обоснованность известных решений прямой задачи и опирающихся на них моделей ОС отмечены в (Штукенберг, Пунин, 2004). Отсутствие физически корректной модели ОС затрудняет интерпретацию вариаций оптических свойств гетерокристаллов и является проблемной ситуацией, требующей разрешения. Создание такой модели и установление специфических черт ОС, определяемых ламелярным строением наногетерогенных минералов, позволит более эффективно применять к ним кристаллооптические методы.
Цель и задачи исследования. Цель работы - установление главных черт ОС в наногетерогенных минералах ламелярной структуры, уточнение конституции низких кислых плагиоклазов и минералов группы гумита. Решались следующие задачи:
выбор способа формализованного представления и типизация ЛГК;
получение в общем виде выражения для оценки параметров результирующей индикатрисы (РИ) ламелярного гетерокристалла; теоретический анализ характерных черт ОС и эффекта анизотропии формы;
установление характера ОС в минералах группы гумита, прогнозирование структуры и свойств гипотетических минералов группы;
выяснение природы <аномалии> угла оптических осей в олигоклазах и уточнение границ двухфазной перистеритовой области;
определение условий применимости приближенных моделей ОС, установление причин нарушений оптической аддитивности.
Фактический материал и методы исследования. Полевые материалы собраны автором в Западном Беломорье и Северном Приладожье в 2002-2006 гг. При исследованиях использованы классические методы кристаллооптики с применением федоровского столика ФС-5. Изучались препараты зерен в канадском бальзаме, прозрачные шлифы (~550 определений 2V и ориентировки). К отдельным образцам применялся РФА.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Выявлена оптическая смесимость в полисоматической серии норбергит - форстерит (группа гумита), для гипотетических членов серии предсказаны симметрия и оптические свойства.
2. Предложена альтернативная интерпретация аномалии угла оптических осей в перистеритах, совместимая с двухфазным строением олигоклазов с номерами выше 17; получена новая оценка состава основной фазы перистеритов.
3. Впервые физически корректно решена в общем виде прямая задача структурной кристаллооптики для оптически гомогенного гетерокристалла, состоящего из оптически анизотропных ламелей.
4. Установлены различия в характере проявления эффекта анизотропии формы в одно- и многофазных ламелярных наногетерогенных системах.
Теоретическая и практическая значимость работы. Решение прямой задачи ОС в ЛГК- важный результат для оптической минералогии и физики диэлектриков. Новая модель ОС может использоваться при конструировании слоистых нанотекстур с требуемыми диэлектрическими параметрами. Прогноз свойств новых фаз серии гумита ускорит их обнаружение. Кристаллооптическое обоснование расширения перистеритовой области является вкладом в решение петрологически важной проблемы тонкой структуры низких плагиоклазов. Учёт закономерностей ОС повысит результативность оптических исследований структур распада и полисоматических образований.
Защищаемые положения
1. При оптической смесимости в ламелярных наногетерогенных минералах усреднение оптических параметров сопровождается действием эффекта анизотропии формы, поразному проявляющегося в двух типах гетерокристаллов:
а) В однофазных гетерокристаллах результирующая индикатриса удлиняется вдоль оси стратификации. Проявления эффекта значимы лишь для систем с высокодвупреломляющими компонентами.
б) В многофазных гетерокристаллах результирующая индикатриса сжимается вдоль оси стратификации, что ведет к заметным аномалиям двупреломления и угла оптических осей, вплоть до смены знака в промежуточных членах серий и в структурах распада.
2. Оптическая смесимость в минералах группы гумита имеет особенности, свойственные многофазным ламелярным гетерокристаллам. Полисоматическая серия гумита является слоевой OD-системой, допускающей реализацию структур с максимальной симметрией Pnam, P21am, P21/a и Pa. В оптическом отношении серия является двухфазной трехкомпонентной гетеросистемой; прогнозированные минералы могут быть оптически идентифицированы.
3. Зависимость оптических свойств низких кислых плагиоклазов от состава, интерпретируемая в рамках полученного решения, свидетельствует о существовании ламелярных структур распада в областях валового состава основнее An17 и о достижении основной фазой перистеритов состава An30-33.
4. Отклонения от оптической аддитивности свойственны однофазным слоевым OD-системам, построенным из модулей толщиной до 10 Å, связанных операциями симметрии с трансляционными компонентами.
Апробация работы. По теме работы опубликовано 10 статей. Результаты доложены на конференциях <Новые идеи в науках о Земле> в РГГРУ в 2003, 2005, 2007 гг., на международном семинаре <Теория, история, философия и практика минералогии> в Сыктывкаре в 2006 г.
Объём и структура работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографии, содержащей 177 наименований. Объём работы составляет 173 страницы, работа содержит 12 таблиц и 33 иллюстрации.
Благодарности. Работа выполнена на кафедре минералогии и геохимии Геологоразведочного факультета РГГРУ под руководством д. г-м. н., проф. С. В. Ежова. Автор признателен д. х. н., акад. В. С. Урусову, д. ф-м. н., проф. Н. В. Переломовой; д. г м. н., проф. А. Э. Гликину, П. А. Игнатову, А. К. Корсакову, Б. И. Пирогову, П. Ю. Плечову, А. М. Портнову, Ю. О. Пунину, Е. И. Семёнову и Н. Л. Смирновой за ценные советы и консультации. Автор благодарит к. г-м. н. Е. Н. Завьялова, Д. И. Корпечкова, И. В. Максимову, Н. С. Серебрякова, Ю. П. Солодову, В. А. Утенкова и А. Г. Штукенберга за полезное обсуждение отдельных вопросов по теме работы.
|
