МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

Глазомерные методы

Петрографические описания должны содержать сведения об от­носительных количествах минералов, размерах минеральных зерен и другие количественные параметры структуры породы. Эти данные могут быть получены разными способами — от глазомерных оценок до использования автоматических анализаторов изображения.

4.1.1. Оценка количественных соотношений минералов и их размеров

В тех случаях, когда при описании горной породы ограничива­ются глазомерной оценкой содержания минералов, обычно опре­деляют, пользуясь небольшими увеличениями, количественные соотношения минералов в нескольких полях зрения и результат усредняют.

При оценке количества минерала, видимого в поле зрения, можно применить следующий прием: все зерна этого минерала сле­дует мысленно сконцентрировать в одном квадранте поля зрения (т.е. в одной его четверти, ограниченной двумя окулярными нитя­ми). При этом будет видно, в какой степени содержание данного ми­нерала в породе превышает или не достигает 25% ее объема, что да­ет возможность оценить количество минерала более уверенно. Для сравнения можно пользоваться рисунком 4.1.

Глазомерная оценка размеров минеральных зерен основана на их сравнении с диаметром или радиусом поля зрения микроскопа. Например, при 8— 10-кратном увеличении объектива и 5-8-кратном увеличении окуляра диаметр поля зрения равен примерно 2 мм.

4.1.2. Планиметрический метод

Планиметрический метод заключается в измерении суммарной площади зерен каждого из минералов, наблюдаемых в шлифе. При­няв, что суммарная площадь зерен того или иного минерала пропор­циональна его объемному содержанию в породе и определив такую площадь для каждого из минералов, вычисляют затем относитель­ные количества каждого минерала в породе в объемных процентах.

Часть 1. Методы петрографических исследований

Указанный принцип поло­жен в основу подсчета ко­личественного минераль­ного состава породы с помощью окулярной сет­ки, нанесенной на стеклян­ную пластинку между лин­зами окуляра. Обычно применяется квадратная сетка, каждая сторона ко­торой имеет длину 10 мм и разделена на 20 делений; суммарное количество кле­ток 400.

Задача заключается в том, чтобы подсчитать по всей площади шлифа коли­чество клеток, приходящих­ся на каждый из минералов. Такой подсчет производится отдельно для различных уча­стков шлифа, последова­тельно устанавливаемых в поле зрения так, чтобы в итоге вся площадь шлифа была охвачена подсчетом.

Удобно, начав подсчет с какого-либо угла шлифа, затем располагать поля зрения последовательно друг за другом рядами. Подсчет ведут при среднем увеличении (объективы ^Х8-^Х10) и лишь для тонкозернистых пород применяют объектив ^х20. Анализатор может быть включен или выключен — это зависит от удобства определения минералов. До кон­ца подсчета в каждом поле зрения столик микроскопа должен быть за­креплен в одном положении, а если для того, чтобы различить мине­ралы, его оказалось необходимым повращать, то в момент подсчета столик должен быть возвращен в исходное положение.

4.1.3. Линейный метод

Если шлиф горной породы с однородной текстурой пересечь па­раллельными линиями, то суммарная длина отрезков этих линий,

4. Методы изучения минеральных агрегатов

приходящаяся на каждый из минералов, пропорциональна площа­ди этих минералов и, следовательно, объемному содержанию каж­дого из них в породе. Этот принцип позволяет подсчитать относи­тельные количества минералов (в объемных процентах) с помощью линейки с делениями, которая вставлена в окуляр микроскопа. При подсчете пользуются препаратоводителем, закрепленным на столике микроскопа и снабженным маховичками, которые позво­ляют перемещать шлиф параллельно нитям окуляра. Вставив шлиф в пружинный зажим препаратоводителя, перемещаем его парал­лельно линейке в окуляре и записываем длины отрезков, пересека­ющих разные минералы. Когда линейка пройдет через весь шлиф от одного его края до другого, записываем сумму отрезков для каждо­го минерала, затем смещаем шлиф вторым винтом препаратоводи­теля на определенное расстояние, выбранное с учетом среднего размера зерен, и повторяем операцию. После того, как сканирова­ние с помощью линейки охватит весь шлиф, суммируем относитель­ные длины, приходящиеся на каждый минерал, принимаем сумму за 100% и вычисляем содержание минералов в объемных процентах. Промежутки, занятые канадским бальзамом, в подсчете не участву­ют. Вставленная в окуляр линейка позволяет определить и разме­ры минеральных зерен.

Для ускорения работы и повышения точности измерений мож­но использовать интеграционный столик ИСА.

4.1.4. Точечный метод

Если на шлиф горной породы нанести точки, расположенные равномерно по сетке, то суммарное количество точек, приходя­щихся на каждый из минералов, будет пропорциональным площа­ди и, следовательно, объемному содержанию данного минерала в породе. На этом принципе основано действие прибора, называ­емого пуш-интегратором. Шлиф горной породы при нажатии кноп­ки прибора передвигается на столике микроскопа скачкообразным движением на равные интервалы. Тем самым центр поля зрения (пе­ресечение нитей) также перемещается, пересекая изображение шлифа по прямым линиям и попадая при этом на различные зер­на минералов. Прибор автоматически отсчитывает количество та­ких перемещений и дает возможность исследователю определить, сколько раз центр поля зрения пришелся на зерна какого-либо из минералов. Так определяются суммарные количества точек, прихо-

Часть 1.Методы петрографических исследований

дящихся на каждый из минералов, и эти относительные количест­ва пересчитываются на объемные процентные содержания минера­лов в породе.

4.2. Автоматические интеграционные устройства и анализаторы изображения ¹

Получение простейших количественных характеристик состава и строения горных пород с помощью окулярных сеток, линеек, ин­теграционных столиков и пуш-интефаторов требует больших затрат времени. Дальнейшее развитие оптико-геометрического метода ис­следования связано с применением полуавтоматических и автомати­ческих интефационных устройств и анализаторов изображения — из­мерительно-вычислительных систем, соединяющих оптический микроскоп, телевизионную камеру и персональный компьютер.

К интефационным устройствам относятся, например, анали­заторы структуры серии МИУ, которые разработаны оптико-меха­нической фирмой ЛОМО (Санкт-Петербург) и состоят из поляри­зационного микроскопа, сканирующего стола и персонального компьютера. Все составные части связаны друг с другом специаль­ными электронными блоками в единую синхронно работающую систему. Последние выпущенные модели МИУ-5 и МИУ-5М поз­воляют определять не менее 22 параметров строения минеральных афегатов.

Измерение параметров строения минерального агрегата поро­ды или руды в прозрачном шлифе или аншлифе (площадь анализа составляет 40 х 60 мм) проводится таким образом, что позволяет по­лучать метрические характеристики структуры выборочно, в любой последовательности и разных сочетаниях за одно сканирование препарата. Например, в результате сканирования петрофафичес-кого шлифа и регистрации фаниц десяти минералов (или последо­вательных генераций одного или нескольких минералов) можно получить следующие параметры строения горной породы:

1) модальный состав минерального афегата;

2) нормативный фанулометрический состав в виде гистофам-
мы распределения размеров хорд, а также в виде процентной доли
каждого класса крупности;

¹ В данном разделе использованы материалы B.C. Гайдуковой и Р.Л. Бродской. 134

4. Методы изучения минеральных агрегатов

3) величину поверхности границ каждого минерала;

4) величину удельной поверхности минеральных зерен;

5) коэффициент агрегативности, т.е. меру частоты образования
общей границы между парами минеральных индивидов одного или
разных минералов;

6) дополнительные геометрические параметры, характеризую­
щие структуру породы, например, оценку степени шероховатости
границ минеральных индивидов, используя разложение Фурье
или данные об удельной площади поверхности зерен. На основе тех
же исходных данных — координат точек на контуре случайного се­
чения — можно рассчитать фрактальное приближение с использо­
ванием аппарата фрактальной размерности. В некоторых случаях эта
характеристика как мера прямолинейности-извилистости границ
может оказаться предпочтительней, чем указанные выше параме­
тры.

Электронные анализаторы изображения «Маджискан» (Велико­британия), «Видеоплан» (Германия), «Никсон» (Япония) позво­ляют получать высококачественное изображение шлифа на экране телевизора, а математическое обеспечение приборов дает возмож­ность проводить разнообразные оптико-геометрические измере­ния и их обработку в автоматическом режиме. С помощью анали­заторов изображения можно точно и быстро определить средние величины площади, длины, ширины, удлинения, степени округло­сти зерен, рассчитать корреляционные зависимости между этими параметрами, построить гистограммы их статистического распре­деления, а также получить количественные параметры, характери­зующие структуру породы. К таким параметрам относится, напри­мер, контактный коэффициент, равный доле контактов тех или иных минералов друг с другом в процентах.

Лимитирующим фактором использования анализаторов изоб­ражения при петрографических исследованиях остаются ограни­ченные возможности автоматической диагностики минералов. Со­временные приборы различают минералы по небольшому набору признаков: яркости изображения, цвету, форме сечения мине­ральных зерен и т.п. Этих признаков обычно недостаточно для то­го, чтобы надежно диагностировать минералы поликристалличе­ских агрегатов в прозрачных шлифах. Поэтому анализаторы изображения находят пока большее применение при решении от­носительно простых задач, например, при анализе структур руд, со­стоящих из прозрачных и непрозрачных минералов. Получаемые

Часть 1. Методы петрографических исследований

при этом количественные параметры учитываются при выборе технологических схем дробления, обогащения и переработки ми­нерального сырья.

Дополнительная литература

Раздел 3.1

Гаранин В.К., Кудрявцева В.П. и др. Электронно-зондовые методы изу­чения минералов. М.: Изд-во МГУ, 1987.

Лапутина И.П. Микрозонд в минералогии. М.: Наука, 1991.

Рид С. Электронно-зондовый микроанализ. М.: Мир, 1979.

Практическая растровая электронная микроскопия / Под ред. Д. Гоу-лдстейна и Х.Яковица. М.: Мир, 1978.

Количественный электронно-зондовый микроанализ / Под ред. В.Скотта и ГЛава. М.: Мир, 1996.

Раздел 3.2

Фор Г. Основы изотопной геологии. М.: Мир, 1989. DickinA.P. Radiogenic isotope geology. Cambridge University Press, 1997. Rollinson H. Using geochemical data: evaluation, presentation, interpretation. Longman Scientific and Technical. 1993.

Раздел 3.3

Ермаков Н.П. Геохимические системы включений в минералах (вклю­чения минералообразующих сред — источник генетической информации). М.: Недра, 1972.

Ермаков Н.П., Долгов Ю.А. Термобарогеохимия: методы исследований и перспективы использования включений минералообразующих сред. М.: Недра, 1979.

Леммлейн Г.Г. Морфология и генезис кристаллов. М.: Наука, 1973.

Реддер Э. Флюидные включения в минералах. Т. 1 и 2. М.: Мир, 1987.

Раздел 4

Гайдукова B.C., Данильченко А.Я., Сидоренко ГА. Количественный ми­нералогический анализ на современном этапе его развития // Сов. геоло­гия, 1989, №2.

__________ 4. Методы изучения минеральных агрегатов

Рябева Е.Г., Хрулева Т.А. Современные световые микроскопы и опти­ческие устройства для исследования минерального сырья. М.: ВИЭМС, 1989.

Чернов В.И., Лин Н.Г. Методические указания по количественному ми­нералогическому подсчету в петрографических шлифах и пересчету мине­рального состава на химический. М.: МГРИ, 1978.

BardJ.P. Microtextures of igneous and metamorphic rocks. D. Reidel Publ. Co. 1986.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современная петрография располагает разнообразными и эф­фективными методами исследования, которые позволяют полу­чать подробную и разностороннюю информацию о составе и стро­ении горных пород. Исходным материалом служат результаты полевых наблюдений, включающие предварительную диагностику пород, сведения об условиях их залегания и последовательности формирования. Изучение горных пород под микроскопом дает воз­можность точно установить их минеральный состав и особенности строения минеральных агрегатов, а применение электронного (ион­ного) микрозонда — получить сведения о химическом составе и зо­нальности минеральных зерен. С помощью анализаторов изображе­ния могут быть рассчитаны количественные параметры, характеризующие структуру горных пород.

Можно полагать, что в дальнейшем традиционные приемы оп­тической петрографии будут дополнены новыми способами изуче­ния минерального вещества с применением электронной и вычис­лительной техники, причем многие операции будут выполняться в автоматическом режиме. Однако как бы высока ни была техниче­ская оснащенность исследований содержательная постановка задач, а также интерпретация результатов наблюдений и измерений и впредь останутся делом квалифицированных специалистов-пет­рографов.