Записки горного института, 2017, № 5
научный журнал
Бесплатно
Новинка
Основная коллекция
Тематика:
Геология
Издательство:
Санкт-Петербургский горный университет
Наименование: Записки горного института
Год издания: 2017
Кол-во страниц: 106
Дополнительно
Тематика:
ББК:
- 26: Науки о Земле
- 33: Горное дело
- 659: Экономика отдельных стран и регионов. Экономика Мирового океана
УДК:
- 332: Региональная экономика. Земельный вопрос. Жилищное хозяйство. Недвижимость
- 54: Химия. Кристаллография. Минералогия. Минераловедение
- 55: Геология. Геологические и геофизические науки
- 56: Палеонтология
- 622: Горное дело. Добыча нерудных ископаемых
- 665: Технология масел, жиров, восков, нефтепродуктов
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
н а у ч н ы й ж у р н а л ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР В.С.Литвиненко, д-р техн. наук, профессор, академик Международной академии наук высшей школы, РАЕН, РАГН, МАНЭБ, ректор (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) ЗАМЕСТИТЕЛЬ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА В.Л.Трушко, д-р техн. наук, профессор, академик Международной академии наук высшей школы, РАЕН, РАГН, МАНЭБ, проректор по научной работе (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) РЕДАКЦ ИОННАЯ КОЛЛЕ ГИЯ В.Г.Афанасьев, д-р ист. наук, профессор (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) А.А.Барях, д-р техн. наук, профессор, чл.-кор. РАН, директор (Горный институт Уральского отделения РАН, Пермь, Россия) В.Н.Бричкин, д-р техн. наук, зав. кафедрой металлургии (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) Л.А.Вайсберг, д-р техн. наук, профессор, академик РАН, председатель Совета директоров и научный руководитель (НПК «Механобр-техника», Санкт-Петербург, Россия) С.Г.Гендлер, д-р техн. наук, профессор, академик РАЕН (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) М.А.Иванов, д-р геол.-минерал. наук, профессор, зав. кафедрой минералогии, кристаллографии и петрографии (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) Г.Б.Клейнер, д-р экон. наук, профессор, чл.-кор. РАН, заместитель директора (Центральный экономико-математический институт РАН, Москва, Россия) Д.Н.Лигоцкий, канд. техн. наук, доцент (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) Ю.Б.Марин, д-р геол.-минерал. наук, профессор, чл.-кор. РАН (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) С.С.Набойченко, д-р техн. наук, профессор, чл.-кор. РАН, заслуженный деятель науки и техники РФ, зав. кафедрой металлургии цветных металлов (Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия) М.А.Пашкевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой геоэкологии (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) Т.В.Пономаренко, д-р экон. наук, профессор, доцент (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) А.Г.Протосеня, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой строительства горных предприятий и подземных сооружений (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) М.К.Рогачев, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) В.Е.Сомов, д-р экон. наук, канд. техн. наук, академик РАЕН, директор (ООО «Кинеф», Кириши, Россия) А.Г.Сырков, д-р техн. наук, профессор (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) Ю.А.Сычев, канд. техн. наук, доцент (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) А.Е.Череповицын, д-р экон. наук, профессор, зав. кафедрой организации и управления (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) В.А.Шпенст, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой электроэнергетики и электромеханики (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) Олег Анцуткин, профессор (Технологический университет, Лулео, Швеция) Хал Гургенчи, профессор (Школа горного машиностроения Квинслендского университета, Брисбен, Австралия) Волли Калм, доктор наук, ректор (Тартуский университет, Тарту, Эстония) Анджей Краславски, профессор (Лаппеенрантский технологический университет, Лаппеенранта, Финляндия) Эдвин Кроке, д-р наук, профессор (Институт неорганической химии Фрайбергской горной академии, Фрайберг, Германия) Илпо Мутикайнен, научный сотрудник химического факультета (Хельсинский университет, Хельсинки, Финляндия) Павел Власак, профессор, зав. кафедрой механики жидкостей и дисперсных сред (Институт гидродинамики Чешской академии наук, Прага, Чехия) Габриэль Вейсс, доктор наук, профессор, проректор по научной и исследовательской деятельности (Технический университет, Кошице, Словакия) Журнал индексируется наукометрической базой данных Web of Science Core Collection в указателе научных журналов Emerging Sources Citation Index (ESCI) Журнал включен в базу данных Российского индекса научного цитирования (РИНЦ), Научной электронной библиотеки http://elibrary.ru и в международную реферативную базу данных GeoRef Журнал включен Высшей аттестационной комиссией РФ в действующий Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук Разделы •Геология •Горное дело • Нефтегазовое дело • Металлургия и обогащение • Электромеханика и машиностроение •Геонаноматериалы •Геоэкология и безопасность жизнедеятельности •Геоэкономика и менеджмент •Горное образование: традиции и перспективы в XXI веке • Слово молодому ученому САНКТ-ПЕТЕРБУРГ • 2017 У ч р е д и т е л ь С а н к т - П е т е р б у р г с к и й г о р н ы й у н и в е р с и т е т Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-70453 от 20.07.2017 Лицензия ИД № 06517 от 09.01.02 Редакция: начальник РИЦ В.Л.Лебедев, начальник отдела И.Г.Ребещенкова Редакторы: Е.С.Дрибинская, И.В.Неверова, Н.И.Сочивко Компьютерная верстка: В.И.Каширина, Н.Н.Седых, Л.П.Хлюпина Издаются с 1907 года ISSN 2411-3336 е-ISSN 2541-9404 Подписной индекс в каталоге агентства «Роспечать» 18067 Адрес учредителя и редакции: 21-я линия, 2, Санкт-Петербург, Россия, 199106 Тел. +7 (812) 328-8416; факс +7 (812) 327-7359; Е-mail: pmi@spmi.ru Сайт журнала: pmi.spmi.ru Санкт-Петербургский горный университет, 2017 Подписано к печати 23.10.2017. Формат 60 84/8. Уч.-изд.л. 28. Тираж 300 экз. Заказ 836. С 214. Отпечатано в РИЦ СПГУ.
Содержание 510 Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 510 СОДЕРЖАНИЕ Геология Ашихмин Д.С., Чен Ю.-C., Скублов С.Г., Мельник А.Е. Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцолитов (вулкан Сверре, архипелаг Шпицберген) ........................................................... 511 Ермохин К.М. Перспективы поисков залежей углеводородов методом вызванной поляриза- ции при магнитовариационном профилировании....................................................................................... 518 Шкиря М.С., Давыденко Ю.А. О связи наличия углеводородов и эпигенетических сульфидов на юге Якутии.................................................................................................................................................. 523 Нефтегазовое дело Молчанов А.А., Агеев П.Г. Внедрение новых технологий – надежный путь извлечения оста- точных запасов месторождений углеводородов........................................................................................... 530 Шабер В.М., Иванова И.В. Перспективы развития топливных ячеек.............................................. 540 Металлургия и обогащение Трушко В.Л., Утков В.А., Бажин В.Ю. Актуальность и возможности полной переработки красных шламов глиноземного производства .............................................................................................. 547 Шахназаров К.Ю., Чечурин Д.В. О природе осмондита ................................................................... 554 Электромеханика и машиностроение Васильева М.А., Стефан Фёйт. Мультифизическая модель течения гетерогенного потока при движении по каналу переменного сечения ................................................................................................... 558 Паньков И.А., Фролов В.Я. Повышение качества электроэнергии в автономных электроэнерге- тических системах ........................................................................................................................................... 563 Растворова И.И. Получение плоских деталей из пеноалюминия в переменном электромагнит- ном поле............................................................................................................................................................ 569 Стебнев А.В., Буевич В.В. Совершенствование рабочей характеристики гидропривода стоек секций механизированных крепей очистных комплексов........................................................................... 576 Шишлянников Д.И., Рыбин А.А. Оценка нагруженности балансирных станков-качалок по па- раметрам питания электропривода ................................................................................................................ 582 Геоэкология и безопасность жизнедеятельности Волкодаева М.В., Киселев А.В. О развитии системы экологического мониторинга качества атмосферного воздуха..................................................................................................................................... 589 Геоэкономика и менеджмент Василенко Н.В. Развитие нефтегазового сервиса как организационной формы предпринима- тельства в постиндустриальной экономике .................................................................................................. 597 Горное образование: традиции и перспективы в ХХI веке Рассадина С.А. Горнопромышленная провинция: дискурс памяти и региональная идентичность .. 603 Слово молодому ученому Трякина А.С. Разработка рациональной технологии водоочистки с применением научно обос- нованных расчетных показателей качества исходной воды........................................................................ 608
DOI: 10.25515/PMI.2017.5.511 Д.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцолитов… 511 Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 511-517 ● Геология Геология УДК 550.42 ГЕОХИМИЯ ШПИНЕЛИ ИЗ КСЕНОЛИТОВ МАНТИЙНЫХ ЛЕРЦОЛИТОВ (ВУЛКАН СВЕРРЕ, АРХИПЕЛАГ ШПИЦБЕРГЕН) Д.С.АШИХМИН 1, Ю.-С.ЧЕН 2, С.Г.СКУБЛОВ 3, А.Е.МЕЛЬНИК 3 1 Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П.Карпинского, Санкт-Петербург, Россия 2 Школа наук о Земле и Космосе Университета науки и технологий Китая, Хэфэй, Китай 3 Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, Санкт-Петербург, Россия В работе представлены результаты исследования (метод LA-ICP-MS) шпинели из коллекции мантий- ных ксенолитов лерцолитов (семь ксенолитов), отобранных в четвертичных щелочных базальтах вулкана Сверре, архипелаг Шпицберген. Исследование двух крупных (более 15 см в диаметре) ксенолитов позволило изучить изменения состава минералов в центральной, промежуточной и краевой части образцов хромдиопси- довых шпинелевых лерцолитов. Установлен синусоидальный характер распределения REE в шпинелях, свидетельствующий о проявлении мантийного метасоматоза. Впервые полученные результаты по редкоэлементному составу для шпинелей из мантийных ксеноли- тов в щелочных базальтах архипелага Шпицберген дополняют опубликованные в мировой литературе данные по геохимии шпинелей мантийного происхождения. Ключевые слова: шпинель, мантийные ксенолиты, мантийный метасоматоз, геохимия минералов, LA-ICP-MS, архипелаг Шпицберген Как цитировать эту статью: Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцолитов (вулкан Сверре, архипелаг Шпицберген) / Д.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник // Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 511-517. DOI: 10.25515/PMI.2017.5.511 Введение. Изучение мантийных ксенолитов – единственный источник информации о глу- бинном строении Земли. Ксенолиты являются свидетелями и участниками процессов, протекающих в мантии, и несут в себе информацию о минералогических и геохимических изменениях, связанных с миграцией и перераспределением вещества. Выбор шпинели для детального минералого-геохимического исследования ксенолитов и ре- конструкции процессов, происходящих в мантии, не случаен. Шпинель является наиболее стабильным и устойчивым к вторичным изменениям минералом, который стремится сохранить свой первичный состав, что важно при изучении строения верхней мантии Земли [6]. В данной работе представлены результаты исследования шпинели из коллекции мантийных ксенолитов (семь ксенолитов), отобранных в четвертичных щелочных базальтах вулкана Сверре, архипелаг Шпицберген. В нашем распоряжении было два крупных (более 15 см в диаметре) ксенолита, что позволило изучить изменения состава минералов в центральной, промежуточной и краевой части образцов хромдиопсидовых шпинелевых лерцолитов. Мантийные ксенолиты были извлечены на поверхность четвертичными щелочными базаль- товыми расплавами. По уже существующим данным шпинелевые лерцолиты подверглись, как минимум, двум значительным процессамː деплетированию, вызванному частичным плавлением, а затем воздействию мантийного метасоматоза [3]. На минеральном уровне последний процесс характеризуется появлением новообразованных минералов, развивающихся по первичным минералам ксенолитов, в частности, следует отметить образование новой генерации шпинели (рис.1). Аналитические методы. Химический состав минералов на уровне главных элементов оп- ределен методом SEM-EDS в ИГГД РАН на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM- 6510LA с энергодисперсионной приставкой JED-2200. Тонкие полированные пластинки пород напылялись углеродом. Точечные определения состава минералов выполнялись с использованием электронного луча с ускоряющим напряжением в 20 кВ и током 1 нА, размер пятна пучка составлял 3 мкм. Время накопления каждого спектра 35 с, в качестве стандартов использовались природные минералы, чистые оксиды и металлы. Для коррекции матричного эффекта использовался алгоритм ZAF. Редкоземельные и редкие элементы были измерены методом LA-ICP-MS в Лаборатории ко- рово-мантийного вещества и обстановок Университета науки и технологий Китая. Подробные
Д.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцолитов… DOI: 10.25515/PMI.2017.5.511 512 Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 511-517 ● Геология условия работы системы лазерной абляции и инструмента ICP-MS и обработки данных приведены в работе [5]. Применялись лазер GeLAS 2005 193 нм ArF и масс-спектрометр Agilent 7900 ICP-MS. В качестве газа-носителя использовался гелий. Аргон использовался в качестве добавочного газа и смешивался с газом-носителем через Т-образный соединитель перед входом в ICP. Каждый анализ состоял из замера фона (~20-30 с) и анализа собственно образца (50 с). Со- держимое элементов было откалибровано по широко распространенным стандартам (BCR-2G, BIR-1G, BHVO-2G и GSE-1G), стандарт NIST 610 использовался для калибровки дрейфа сигнала во время анализа. Размер пятна анализа составлял 32-44 мкм. Обработка фоновых и аналитических сигналов, коррекция временного смещения и количественная калибровка выполнена с помощью программы ICPMSDataCal [4, 5]. Сигнал с временным разрешением для каждого анализа тщательно проверялся на скачки содержания каждого элемента, и в большинстве случаев была выбрана только «чистая» часть спектра с плавной интенсивностью сигнала. Точность и воспро- изводимость анализа, основанная на повторном анализе стандартов, для большинства редких элементов не хуже ± 10 % (2σ). Результаты и обсуждение. По петрографическому составу ксенолиты представлены шпи- нелевыми лерцолитами следующего минерального состава, типичного для данных пород: оливин (80 %), клинопироксен (13 %), ортопироксен (5 %), шпинель (2 %). Шпинель делится на две генерации: первую – кристаллы, возникшие из первоначального расплава, и вторую, связанную с процессом мантийного метасоматоза (рис.1, а). Шпинель первой генерации представлена ксеноморфными кристаллами, расположенными в межзерновом пространстве оливина и клинопироксена. Размер кристаллов шпинели варьирует от 50 мкм до первых миллиметров. По своему химическому составу первая генерация шпинели относится к герциниту, содержание Al2O3 составляет в среднем 53 %, Cr2O3 – 13 % по массе. Индивидуальные зерна шпинели в целом не зональны по составу, однако, при сравнении состава разных зерен шпинели даже в пределах одного образца наблюдается изменение содержания главных элементов. Мелкие кристаллы второй генерации размером в среднем 5 мкм имеют более идиоморфный облик и обрастают в виде мелкой щетки зерна шпинели первой генерации (рис.1, а). По содержанию главных элементов шпинель второй генерации отличается от первой генерации пониженным содержанием глинозема (до 42 % по массе) и увеличением содержания Cr2O3 в среднем на 20 %. Мелкий размер кристаллов второй генерации не позволяет исследовать их методом лазерной абляции, поэтому ниже обсуждается редкоэлементный состав шпинели только первой генерации. Представительные составы шпинелей первой генерации по данным LA-ICP-MS приведены в таблице. Содержание оксидов главных элементов по данным LA-ICP-MS хорошо согласуется с результатами анализа шпинелей на электронном микроанализаторе – среднее содержание глинозема по данным лазерной абляции также составляет 53,1 % по массе. Стоит отметить, что в круп- Рис.1. Изображение в режиме BSE шпинелей из мантийных ксенолитов: а – шпинель первой генерации Sp1 обрастает кристаллами второй генерации Sp2; б – включение оливина Ol в зерне шпинели Sp1 Sp2 Sp1 Ol б a
DOI: 10.25515/PMI.2017.5.511 Д.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцолитов… 513 Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 511-517 ● Геология ных ксенолитах SH-1 и SH-2 заметны достаточно сильные колебания в содержании глинозема в зависимости от области образца, из которой были отобраны шпинели. Так, в центральной, промежуточной и краевой зоне содержание глинозема в шпинелях имеет следующие средние значения – 55,5, 51,8 и 50,8 % по массе, соответственно. Для остальных ксенолитов характерно выдержанное содержание глинозема (в среднем 54 %), близкое к составу шпинели из центральной части крупных ксенолитов. Состав шпинели по данным LA-ICP-MS MgO Al2O3 Cr2O3 FeO Ti V Mn Co Ni Cu Zn Sn Образец % по массе ppm Mg # Cr # Dmelt 21,7 53,3 11,6 11,5 533 399 803 286 3275 2,58 1236 1,11 38,0 40,8 18,94 21,3 53,5 12,1 11,4 434 405 781 270 3296 2,72 1242 0,98 39,1 42,0 19,43 22,0 53,0 11,8 11,5 440 397 843 278 3258 3,00 1220 1,04 38,5 41,3 19,14 21,5 53,5 11,6 11,6 433 410 819 275 3297 3,71 1266 0,94 37,7 40,5 18,79 21,7 53,3 11,8 11,5 438 407 804 281 3578 3,43 1307 1,16 38,4 41,2 19,11 21,5 53,3 11,9 11,6 456 404 789 272 3225 3,14 1184 1,02 38,3 41,1 19,04 21,9 53,7 11,3 11,4 440 431 797 279 3284 2,67 1247 0,74 37,6 40,5 18,78 21,5 53,2 11,6 11,8 440 400 819 296 3214 3,50 1295 1,02 37,4 40,3 18,69 21,0 54,9 11,3 11,2 447 390 773 276 3063 3,10 1190 0,60 38,0 40,8 18,91 SH-1b-1b-15 (центральная часть ксенолита SH-1) 21,7 53,7 11,2 11,6 427 391 799 299 3375 2,90 1276 1,08 37,0 39,8 18,50 20,6 51,1 14,1 12,3 491 470 829 267 2950 2,48 1176 0,91 41,2 44,1 20,33 20,6 51,5 13,8 12,4 494 458 811 253 2829 1,93 1080 0,79 40,4 43,3 19,98 20,3 50,7 14,7 12,4 536 481 846 259 2864 2,54 1240 0,93 41,8 44,7 20,58 21,1 49,8 14,3 12,9 476 457 842 264 2967 2,38 1144 0,99 40,3 43,2 19,96 SH-1b-2b-15 (промежуточная часть ксенолита SH-1) 21,0 50,1 14,1 12,9 483 465 880 274 3015 2,60 1223 1,18 40,0 42,8 19,79 20,8 51,1 13,9 12,3 495 464 847 266 3063 2,04 1218 1,16 40,8 43,7 20,17 20,4 51,6 14,0 12,1 507 511 841 266 2966 3,01 1151 0,98 41,2 44,1 20,31 20,6 51,6 13,9 12,1 481 469 857 258 2994 2,89 1133 0,91 41,2 44,1 20,34 20,4 51,9 13,8 12,1 495 467 831 261 2897 2,28 1183 0,95 41,0 43,9 20,24 SH-1b-3b-15 (краевая часть ксенолита SH-1) 20,8 51,1 13,9 12,2 486 461 834 261 2958 2,62 1192 1,22 40,8 43,7 20,16 21,4 55,0 10,1 11,2 390 360 790 276 3257 3,51 1309 1,10 35,5 38,2 17,83 21,2 56,0 10,1 11,1 401 363 798 280 3330 2,95 1290 1,14 35,7 38,5 17,92 21,5 55,6 10,0 11,4 352 359 804 285 3309 2,61 1384 0,90 34,9 37,7 17,59 21,5 55,9 10,0 11,1 352 354 798 277 3258 2,61 1319 0,77 35,4 38,1 17,78 21,1 56,4 10,3 10,8 439 367 766 264 3097 3,12 1210 0,91 36,6 39,3 18,30 21,9 55,2 10,4 11,1 417 371 791 278 3251 3,34 1278 0,85 36,3 39,0 18,17 21,5 55,6 10,4 11,1 423 369 786 279 3228 2,65 1263 0,78 36,2 38,9 18,13 21,6 55,0 10,4 11,4 440 371 813 288 3433 2,74 1302 1,09 35,8 38,6 17,99 21,5 55,2 10,3 11,5 445 368 800 281 3280 3,24 1248 0,90 35,3 38,1 17,75 SH-2b-1b-15 (центральная часть ксенолита SH-2) 21,7 54,8 10,7 11,3 440 364 811 286 3295 2,79 1241 1,02 36,5 39,3 18,27 20,7 52,0 14,3 11,6 442 443 762 248 2780 2,42 1073 0,41 42,7 45,7 20,99 21,1 51,3 14,4 11,9 440 442 776 250 2771 2,36 1075 0,25 42,3 45,3 20,82 21,0 51,1 14,7 11,8 453 448 780 257 2821 2,65 1068 0,45 43,1 46,0 21,15 21,3 50,4 15,2 11,8 482 455 796 261 2860 2,12 1111 0,44 43,9 46,8 21,47 21,0 51,5 14,6 11,5 468 441 791 260 2860 2,45 1096 0,44 43,5 46,4 21,31 21,4 50,6 14,6 11,9 442 446 811 270 3012 2,04 1152 0,39 42,8 45,8 21,04 21,1 50,9 14,7 11,9 441 442 807 269 3048 2,52 1140 0,24 42,7 45,6 20,98 21,0 50,9 15,0 11,7 424 437 811 267 2974 2,46 1120 0,59 43,8 46,7 21,44 21,1 51,1 14,5 11,9 454 444 805 267 3001 2,36 1131 0,38 42,5 45,4 20,89 21,0 51,4 14,4 11,8 446 444 808 271 3009 2,45 1117 0,31 42,5 45,5 20,90 20,8 50,1 15,6 12,1 480 455 847 266 2898 2,64 1116 0,28 43,8 46,7 21,44 20,7 50,0 15,6 12,2 482 460 822 268 2944 2,67 1116 0,51 43,7 46,7 21,42 20,9 51,0 14,6 12,1 428 445 809 265 2979 2,17 1112 0,42 42,3 45,3 20,82 SH-2b-2b-15 (промежуточная часть ксенолита SH-2) 20,4 50,4 15,3 12,4 445 456 824 266 2889 2,52 1151 0,45 42,9 45,9 21,07
Д.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцолитов… DOI: 10.25515/PMI.2017.5.511 514 Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 511-517 ● Геология Окончание таблицы MgO Al2O3 Cr2O3 FeO Ti V Mn Co Ni Cu Zn Sn Образец % по массе ppm Mg # Cr # Dmelt 20,4 51,8 14,5 11,9 453 453 794 259 2925 2,38 1138 0,55 42,5 45,5 20,90 21,3 50,5 14,3 12,3 444 439 792 259 2891 2,37 1103 0,56 41,4 44,3 20,43 21,1 50,6 14,7 12,1 455 452 787 259 2816 2,17 1121 0,42 42,4 45,3 20,85 21,0 51,0 14,4 12,2 450 451 798 257 2876 2,42 1075 0,48 41,6 44,5 20,52 21,3 51,1 14,2 12,0 442 459 779 257 2849 2,19 1084 0,33 41,9 44,8 20,64 SH-2b-3b-15 (краевая часть ксенолита SH-2) 21,0 50,9 14,9 11,8 465 450 809 254 2810 2,19 1057 0,53 43,5 46,4 21,31 22,0 54,4 11,7 10,4 432 384 730 255 3096 4,23 1124 0,38 40,5 43,3 20,00 22,1 54,6 11,4 10,5 428 380 718 250 3018 3,10 1083 0,34 39,8 42,7 19,74 22,2 54,5 11,5 10,3 491 394 719 254 3158 3,02 1072 0,40 40,4 43,3 19,99 22,0 54,9 11,4 10,3 461 394 733 255 3141 3,50 1116 0,46 40,2 43,1 19,89 22,6 55,0 11,1 9,9 461 411 694 245 3004 3,26 1084 0,43 40,4 43,3 19,98 21,8 55,4 11,5 9,9 484 406 701 250 2998 3,54 1079 0,38 41,3 44,2 20,39 22,2 55,1 11,5 9,8 488 392 705 251 3125 3,16 1079 0,46 41,7 44,6 20,55 22,1 54,2 12,0 10,1 514 417 735 269 3167 2,85 1118 0,48 41,8 44,7 20,59 22,0 54,2 12,2 10,2 429 397 746 256 3182 3,21 1089 0,36 42,2 45,1 20,74 22,0 55,2 11,5 9,8 450 386 728 262 3180 3,32 1128 0,37 41,7 44,6 20,53 21,5 55,3 11,8 10,0 456 388 737 260 3218 3,57 1116 0,39 41,7 44,6 20,55 21,8 54,8 11,8 10,1 511 413 736 261 3142 3,28 1114 0,38 41,4 44,3 20,41 22,5 54,1 12,0 9,9 446 415 746 269 3141 3,15 1130 0,33 42,4 45,4 20,87 22,0 54,4 11,7 10,6 479 410 736 265 3151 3,44 1130 0,37 40,2 43,0 19,87 SH-4-15 21,7 55,3 11,9 9,7 415 387 731 263 3052 3,16 1140 0,23 42,6 45,6 20,94 21,0 53,1 11,9 12,4 471 444 799 266 2846 1,48 1181 0,55 36,7 39,5 18,38 20,3 54,4 11,8 11,8 484 395 768 259 2972 2,10 1127 0,50 37,9 40,7 18,88 19,9 52,3 14,2 12,0 442 398 826 255 2707 1,52 1147 0,47 41,8 44,7 20,60 20,1 52,4 13,6 12,1 418 444 824 262 2770 2,54 1121 0,72 40,5 43,4 20,01 21,0 53,7 10,9 12,6 464 399 789 260 2886 3,99 1178 0,63 34,5 37,2 17,40 20,6 52,5 11,5 13,6 468 404 843 296 2973 2,10 1177 0,64 34,0 36,7 17,18 21,3 52,0 13,4 11,6 427 425 762 263 2761 1,79 1114 0,38 41,2 44,1 20,32 20,7 53,6 11,8 12,3 409 404 821 266 2895 1,69 1181 0,62 36,8 39,6 18,42 20,5 53,5 11,9 12,4 415 408 831 266 2952 1,50 1186 0,44 36,9 39,7 18,46 22,5 52,5 11,5 11,9 433 396 794 269 2904 1,99 1181 0,55 36,9 39,8 18,47 20,8 52,8 13,2 11,6 458 409 748 249 2841 1,63 1179 0,47 40,8 43,7 20,14 20,9 54,3 10,6 12,4 479 403 776 258 3038 1,60 1156 0,55 34,2 36,9 17,27 20,9 53,6 11,8 12,0 429 422 829 268 2871 1,86 1224 0,55 37,4 40,2 18,68 20,4 52,5 13,7 11,8 494 392 751 243 2835 1,67 1116 0,36 41,3 44,2 20,36 SH-5-15 20,7 54,0 11,0 12,6 471 401 805 259 2965 2,26 1239 0,47 34,8 37,5 17,52 22,3 54,0 11,6 10,7 519 395 738 252 3050 3,11 1054 0,37 39,9 42,8 19,75 22,0 54,9 11,1 10,5 454 383 706 249 2954 2,92 1085 0,29 39,1 41,9 19,40 21,7 55,2 11,1 10,6 499 391 707 249 3069 3,13 1076 0,29 38,9 41,7 19,31 21,6 55,5 11,2 10,3 466 390 703 255 3041 3,14 1042 0,38 39,7 42,5 19,66 SH-6-15 21,6 54,7 11,9 10,5 522 407 736 247 2929 2,97 1091 0,43 40,8 43,6 20,13 21,0 52,7 11,7 12,6 476 409 848 282 3143 1,92 1247 0,45 36,2 38,9 18,13 20,7 53,7 11,5 12,2 467 434 825 274 3024 1,80 1270 0,56 36,4 39,1 18,21 20,6 53,8 11,3 11,9 431 404 803 255 2833 5,51 828 0,61 36,7 39,5 18,35 20,6 53,4 12,5 11,8 480 397 774 260 3048 2,48 1193 0,50 39,1 42,0 19,41 SH-7-15 21,1 54,3 10,8 12,0 509 411 793 335 3122 2,51 1185 0,43 35,3 38,1 17,76 Магнезиальность Mg# = Mg/(Mg×Fetot)×100 % в изученных образцах шпинелей варьирует, наблюдается отличие по этому показателю даже в пределах одного образца (см. таблицу). В крупных ксенолитах магнезиальность шпинелей носит выдержанный характер, но только в своей зоне. Так, в ксенолитах SH-1 и SH-2 в центральной части среднее значение магнезиально-
DOI: 10.25515/PMI.2017.5.511 Д.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцолитов… 515 Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 511-517 ● Геология сти равно 35,8, в промежуточной – 40,7, а в краевой зоне – 38,0. Такой характер зональности возможно объяснить, наличием в промежуточной части крупных ксенолитов микровключений оливина в шпинели по данным электронной микроскопии. Дальнейшее взаимодействие флюидов с микровключениями оливина приводит к перераспределению части магния во вмещающую оливин шпинель [3]. Хромистость Cr# = Cr/(Cr×Fetot)×100 % шпинели варьирует от 36,7 до 46,8 без определенных закономерностей. Так, в одном образце данный показатель может изменяться от 38,1 до 42,0 (см. таблицу). В крупных ксенолитах заметно увеличение хромистости от центра к краю. Вероятнее всего, это связано с мантийным метасоматозом, проявленном в виде процессов частичного плавления, которое испытали исследуемые ксенолиты [7]. Степень частичного плавления возможно оценить при помощи уравнения регрессии [1]: Dmelt = 0,426 × Cr# + 1,538, где Dmelt – степень частичного плавления, %; Cr# – показатель хромистости в шпинелидах, %. Степень частичного плавления составляет в среднем около 20 %, не превышая 21,5 % (см. таблицу). Наиболее сильно степень частичного плавления представлена в промежуточной части крупных ксенолитов, а не в краевой. Такая закономерность, вероятней всего, связана с градиентом температуры в крупных ксенолитах при процессах мантийного метасоматоза, при котором флюид неравномерно воздействует на весь объем крупного ксенолита. По соотношению главных элементов наблюдается закономерная обратная корреляция со- держания в шпинелях MgO и FeO (рис.2, а) и Al2O3 и Cr2O3 (рис.2, б), обусловленная изоморфными замещениями этих пар элементов. В отношении корреляции хрома с другими элементами стоит особо отметить зависимости, связанные с марганцем (рис.2, в). На графике четко вырисовываются два тренда, принципиально отличающиеся по характеру корреляции содержания в 10 12 14 15 13 11 16 360 400 440 480 520 Cr2O3 51 53 55 56 54 52 50 57 10 11 12 13 14 15 16 Al2O3 Cr2O3 10 12 14 15 13 11 16 700 750 800 850 900 Cr2O3 Mn 20 21 22 22,5 21,5 20,5 9 10 11 12 13 14 MgO FeO SH-2b-1b-15 SH-2b-2b-15 SH-2b-3b-15 SH-1b-1b-15 SH-1b-2b-15 SH-1b-3b-15 SH-4-15 SH-5-15 SH-6-15 SH-7-15 а б г в V Рис.2. Состав шпинелей из мантийных ксенолитов вулкана Сверре
Д.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцолитов… DOI: 10.25515/PMI.2017.5.511 516 Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 511-517 ● Геология шпинелях Cr2O3 и Mn. Для крупных ксенолитов в центральных и промежуточных частях, а также в ксенолитах меньшего размера (SH-4-15, SH-6-15) наблюдается положительная корреляция этих элементов, для краевых частей и ксенолитов меньшего размера (SH-5-15, SH-7-15) – менее значимая отрицательная корреляция. Столь неоднозначное распределение достаточно сложно интерпретировать. Отметим прямую зависимость для всех рассматриваемых образцов шпинелей между содержанием Cr2O3 и V (рис.2, г), что является типичным для ксенолитов верхней мантии. Среднее содержание железа в рассматри- ваемых шпинелях составляет 11,5 %, при минимальном значении 9,8 % и максимальном 13,6 %. В крупных ксенолитах содержание FeO достаточно выдержанное в каждой зоне, в то время как в небольших ксенолитах вариации содержания железа довольно значительны (см. таблицу). Распределение редкоземельных элементов (REE) в шпинелидах представляет собой достаточно сложный вопрос, так как до настоящего времени точно не установлено, какую позицию занимают ионы REE в кристаллической решетке минерала. Однако стоит отметить, что в работе Ф.П.Леснова [2] выдвигается предположение, что наиболее вероятными кандидатами, позицию которых в шпинелидах занимают трехвалентные ионы HREE, являются ионы VIIIFe2+ и VIIIMg2+. Данные по содержанию REE в шпинелях весьма лимитированы и затрагивают в основном хромшпинелиды (обзор в [2]). Нами приводятся представительные анали- зы содержания REE в шпинелях. Среднее суммарное содержание редкоземельных элементов в изученных зернах не превышает 0,12 ppm, а спектры распределения REE имеют ярко выраженный синусоидальный облик с точками перегиба, соответствующих Dy и, в ряде случаев, Ho (рис.3). Такое распределение редкоземельных элементов является нетипичным для шпи- нелидов, так как при анализе литературы (обзор в [2]) было установлено, что типичные спектры распределения REE в шпинелях демонстрируют плавное понижение от легких к тяжелым REE. Ранее было установлено, что синусоидальный характер спектров распределения REE в минералах, в частности, в мантийных гранатах, на- ряду с другими особенностями состава является индикатором мантийного метасоматоза [8]. Нормированное содержание легких REE во всей представительной выборке шпинелей уве- личивается от La до Eu и далее, до Gd. В некоторых шпинелях содержание La и Ce находится ниже порога чувствительности метода LA-ICP-MS. Eu-аномалия в ряде образцов имеет неявно 0,001 0,01 0,1 1 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 0,001 0,01 0,1 1 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 0,001 0,01 0,1 1 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Рис.3. Спектры распределения, нормированные на состав хондрита CI, редкоземельных элементов в шпинелях из ксенолита SH-1: а – центральная, б – промежуточная, в – краевая часть а б в
DOI: 10.25515/PMI.2017.5.511 Д.С.Ашихмин, Ю.-С.Чен, С.Г.Скублов, А.Е.Мельник Геохимия шпинели из ксенолитов мантийных лерцолитов… 517 Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 511-517 ● Геология выраженный положительный характер (рис.3). Содержание тяжелых REE носит резко дифференцированный характер, от Gd до Dy наблюдается уменьшение нормированных содержаний, а минимальное значение среди HREE имеет Ho, который является точкой перегиба с последующим увеличением нормированных содержаний элементов от Er до Lu. Таким образом, впервые получены результаты (метод LA-ICP-MS) по редкоэлементному со- ставу шпинелей из мантийных ксенолитов лерцолитов в щелочных базальтах архипелага Шпицберген, дополняющие опубликованные в мировой литературе данные по геохимии шпинелей мантийного происхождения. Благодарности. Авторы благодарят д-ра геол.-минерал. наук А.Н.Сироткина (ПМГРЭ) за предоставленные образцы ксенолитов и канд. геол.-минерал. наук О.Л.Галанкину (ИГГД РАН) за проведение аналитических работ. Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобр- науки России в рамках базовой и проектной части государственного задания в сфере научной деятельности № 5.9248.2017/ВУ на 2017-2019 гг. ЛИТЕРАТУРА 1. Геохимия акцессорных хромшпинелидов из пород Эргаского хромитоносного гипербазитового массива и условия его формирования (Западный Саян) / Ф.П.Леснов, М.Ю.Подлипский, Г.В.Поляков, Г.В.Палесский // Доклады АН. 2008. Т. 422. № 5. С. 660-664. 2. Леснов Ф.П. Редкоземельные элементы в ультрамафитовых и мафитовых породах и минералах. Кн. 2. Второстепен- ные и акцессорные минералы. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2009. 190 с. 3. Carbonate-bearing mantle peridotite xenoliths from Spitsbergen: phase relationships, mineral compositions and trace- element residence / D.A.Ionov, S.Y.O'Reilli, Y.S.Genshaft, M.G.Kopylova // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1997. Vol. 125. P. 375-392. 4. Continental and oceanic crust recycling-induced melt-peridotite interactions in the Trans-North China Orogen: U-Pb dating, Hf isotopes and trace elements in zircons from mantle xenoliths / Y.S.Liu, S.Gao, Z.Hu et al. // Journal of Petrology. 2010. Vol. 51. P. 537-571. 5. In situ analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP-MS without applying an internal standard / Y.S.Liu, Z.Hu, S.Gao et al. // Chemical Geology. 2008. Vol. 257. P. 34-43. 6. Kamenetsky V.S. Factors controlling chemistry of magmatic spinel: an empirical study of associated olivine, Cr-spinel and melt inclusions from primitive rocks / V.S.Kamenetsky, A.J.Crawford, S.Meffre // Journal of Petrology. 2001. Vol. 42. P. 655-671. 7. Mechanisms and sources of mantle metasomatism: major and trace element compositions of peridotite xenoliths from Spits- bergen in the context of numerical modeling / D.A.Ionov, J.-L.Bodinier, S.B.Mukasa, A.Zanetti // Journal of Petrology. 2002. Vol. 43. P. 2219-2259. 8. Metasomatic processes in lherzolitic and harzburgitic domains of diamondiferous lithospheric mantle: REE in garnets from xenoliths and inclusions in diamonds / T.Stachel, K.S.Viljoen, G.Breya, J.W.Harris // Earth and Planetary Science Letters. 1998. Vol. 159. P. 1-12. Авторы: Д.С.Ашихмин, геолог, Dmitry_Ashihmin@vsegei.ru (Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П.Карпинского, Санкт-Петербург, Россия), Ю.-С.Чен, д-р наук, доцент, yxchen07@ustc.edu.cn (Школа наук о Земле и Космосе Университета науки и технологий Китая, Хэфэй, Китай), С.Г.Скублов, д-р геол.-минерал. наук, главный научный сотрудник, skublov@yandex.ru (Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, Санкт-Петербург, Россия), А.Е.Мельник, канд. геол.-минерал. наук, младший научный сотрудник, aleks@melnik.me (Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, Санкт-Петербург, Россия). Статья принята к публикации 29.05.2017.
К.М.Ермохин DOI: 10.25515/PMI.2017.5.518 Перспективы поисков залежей углеводородов методом вызванной поляризации... 518 Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 518-522 ● Геология УДК 550.837 ПЕРСПЕКТИВЫ ПОИСКОВ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ МЕТОДОМ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ПРИ МАГНИТОВАРИАЦИОННОМ ПРОФИЛИРОВАНИИ К.М.ЕРМОХИН Санкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН (СПбФ ИЗМИРАН), Санкт-Петербург, Россия Традиционно считается, что эффект вызванной поляризации является мешающим фактором для измерения электромагнитных полей и их интерпретации при проведении работ методами магнитотеллурических зондирований и магнитовариационного профилирования. В работе предложен новый метод выделения эффектов вызванной поляризации при проведении магнитовариационных исследований с целью поиска залежей углеводородов на основе фазовых измерений при проведении магнитовариационного профилирования. Явление вызванной поляризации предлагается использовать в качестве особого поискового признака для глубоко залегающих месторождений углеводородов. Традиционный метод вызванной поляризации использует искусственные источники поля, мощности которых принципиально недостаточно для достижения глубин 3-5 км, что приводит к необходимости поиска альтернативных – естественных, источников в виде теллурических и магнитотеллурических полей. Метод позволяет обнаружить и интерпретировать эффекты вызванной поляризации от глубокозале- гающих залежей нефти и газа прямым путем, не опираясь на косвенные признаки. Ключевые слова: эффект вызванной поляризации, магнитовариационный метод, залежи углеводородов, глубинность исследований. Как цитировать эту статью: Ермохин К.М. Перспективы поисков залежей углеводородов методом вызванной поляризации при магнитовариационном профилировании // Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 518-522. DOI: 10.25515/PMI.2017.5.518 Введение. Магнитовариационное профилирование (МВП) традиционно применяется для изучения глубинного строения земной коры наряду с общепризнанным методом магнитотеллурических зондирований (МТЗ). Основным преимуществом МТЗ в методическом плане является синхронность измерений магнитного и электрического полей. Это дает возможность получать объективные характеристики изучаемой среды путем математических процедур. Метод МТЗ позволяет определить распределение электропроводности в земле до очень больших глубин (порядка 10-50 км). В последнее время МТЗ активно применяется при поисках залежей углеводородов (УВ) в комплексе с сейс- моразведкой. Однако знание распределения электропроводности часто является недостаточным для уверенного прогнозирования и оконтуривания залежей УВ. Необходимость измерения электрического поля довольно сильно осложняет и затягивает процесс измерений. Одной из причин этого является поляризация измерительных электродов. Однако можно предложить компромиссное решение, состоящее в сочетании распространенной методики измерения вызванной поляризации (ВП) в фазовой модификации с глубинными возможностями МВП. Постановка проблемы. Многими авторами рассматривался вопрос о влиянии ВП на ре- зультаты МТЗ/МВП с феноменологической точки зрения, но объективная неясность математической закономерности становления ВП во времени мешает решению вопроса о предпосылках интерпретации этого явления в каком-либо виде (качественном или количественном). Общепринятая в настоящее время формула Cole-Cole [5] не дает однозначного ответа на вопрос о временном законе становления ВП в конкретной природной ситуации, что не позволяет реально использовать ее для решения обратной задачи не только в МТЗ или МВП, но и при традиционных методах измерений ВП с контролируемыми источниками. Явление ВП является мешающим фактором для МТЗ [4, 6, 8], а залежи углеводородов в виде плохо проводящих локальных неоднородностей на большой глубине – наиболее неблагоприятные объекты поиска. Напротив, залежь, окруженная ореолом сульфидной вкрапленности, – благоприятный объект для поиска методом ВП.