Блог

МорозТ.Н., Беликова Г. И., Салихов Д. Н.
УГРАНДИТЫ ИЗ ЗОНЫ ГИПЕРБАЗИТОВ (ЮЖНЫЙ УРАЛ) ПО ДАННЫМ КР- И ИК- СПЕКТРОСКОПИИ

УГРАНДИТЫ ИЗ ЗОНЫ ГИПЕРБАЗИТОВ (ЮЖНЫЙ УРАЛ)

ПО ДАННЫМ КР- И ИК- СПЕКТРОСКОПИИ

Т. Н. Мороз¹, Г. И. Беликова², Д. Н. Салихов²

¹Институт геологии и минералогии СО РАН, Новосибирск

²Институт геологии УНЦ РАН, Уфа

Поликомпонентное строение природных объектов, наличие различных минеральных нановключений представляет несомненный интерес в плане изучения их вещественного состава, перспективного для выявления редких и новых минералов, идентификации условий их формирования и процессов трансформации исходного материала горных пород. При исследовании особенностей формирования хромитовых массивных руд, выходы которых известны в Учалинском районе, в зоне гипербазитов южнее возвышенности Сангалык (зона ГУР, Южный Урал, Республика Башкортостан), возникла необходимость изучения их минерального состава и ассоциирующих с ними диопсидов, слагающих линзу, в эндоконтактовой части которой присутствуют хромитовые руды. Методами колебательной спектроскопии были изучены некоторые минералы околорудной части линзы [1]. В данной работе представлены результаты спектроскопических исследований уграндитов, выделенных под бинокулярным микроскопом из тесно сросшихся микролитов железистого хлорита, диопсида и хромита.

ИК-спектры уграндитов (рис. 1), зарегистрированные на Фурье спектрометре фирмы Брукер Оптик FT-IRVERTEX 70 (в таблетках с КBr), показали наличие в пробах примесных фаз хлорита, диопсида, хромита. Более тщательно отобранный образец был запрессован в таблетки с CsJ (Фурье спектрометр фирмы Вомем, диапазон съемки 200–4000 см^-1), его ИК-спектр показан на рис. 2 (кривая 1). По положению и форме полос ИК-спектр исследуемого образца наиболее близок эталонному спектру уваровита (см. рис. 1, кривая 4). Для более достоверной идентификации был проведен микрозондовый анализ агрегатов (мас. %): SiO₂ 34.9–37.34; CaO 34.05–34.24; Cr₂O₃ 11.49–14.42; FeO 2.39–9.68; Al₂O₃ 7.69–9.91 (аналитик Л. Н. Поспелова, ИГМ СО РАН) и позволил отнести изучаемые агрегаты к гранатам – уграндитам.

Пространственный каркас кубической структуры гранатов X₃²⁺Y₂³⁺(SiO₄)₃ (пр. гр. О_h¹⁰-230, z = 8) формируют изолированные кремнекислородные тетраэдры, связанные углами с YO₆-октаэдрами (Y = Cr³⁺, Fe³⁺, Al³⁺) с двухвалентными катионами (X = Mg²⁺, Fe²⁺, Ca²⁺, Mn²⁺) в додекаэдрически координированных пустотах (рис. 3). Фактор-групповой анализ показывает, что для кубической структуры гранатов в ИК-спектрах активны 17 колебаний А_1uсимметрии, в КР-спектрах – 3A_1g+8E_g+14F_2g колебаний. В случае замещения одних ионов другими в структуре граната, ячейка увеличивается при замещении мелких катионов более крупными. Замещение одних элементов другими может понизить симметрию [2] и привести к появлению в ИК-спектрах n₁ колебаний. Для Т группы в ИК-спектрах активны 61F, в КР-спектрах – 18A+18E+61F колебания. Для центросимметричной пространственной группы О_h по правилу альтернативного запрета колебания, активные в ИК-спектрах, запрещены в КР-спектрах. Для Т группы кубической сингонии часть колебаний (неприводимые представления типа F) активна как в КР-, так и в ИК-спектрах. ИК- и КР-спектр не показали совпадающих частот для полосы 376.9 см^-1 (КР) и 379.5 см^-1 (ИК).

Лазерная спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) света – перспективный экспресс-метод определения состава и структуры гранатов. Для их идентификации наиболее подходящими из колебаний SiO связей, которые для свободного иона имеют следующие значения n₁ (A₁) – 819см^-1; n₂ (Е) – 340 см^-1; n₃ (F₁) – 956 см^-1; n₄ (F₂) – 527 см^-1, являются n₂ и n₁, n₄. На рис. 4 в координатах симметричных колебаний n₁ – n₂, n₄ – n₂Si–O связей изображены частоты различных гранатов, которые обозначены как An – андрадит Ca₃Fe₂Si₃O₁₂, Uv – уваровит Ca₃Cr₂Si₃O₁₂ и твердых растворов: пироп (Py – Mg₃Al₂Si₃O₁₂)–гроссуляр (Gr – Ca₃Al₂Si₃O₁₂), альмандин (Al – Fe₃Al₂Si₃O₁₂ )–спессартин (Sp – Mn₃A_l2Si₃O₁₂ ). Были использованы литературные данные ряда авторов [2–4]. Точка G-C-(garnetindiamond) – включение граната в алмазе [4].

МикроКР-спектры исследуемых уграндитов были зарегистрированы с использованием линии 514.5 нм аргонового лазера. В неполяризованных спектрах наиболее интенсивными являются полосы А_g симметрии, остальные – менее интенсивны. По положению полос КР-спектры угргандитов наиболее близки к спектрам уваровита и гроссуляра. Возбуждение КР-спектра макрообразца 1064 нм излучением лазера АИГ:Nd³⁺ в ближнем ИК-диапазоне привело к значительной люминесценции, тогда как использование микроскопической приставки на аналогичном приборе позволило получить КР-спектр с полосами, совпадающими по положению с линиями, зафиксированными с возбуждением в видимой области. Просвечивающая электронная микроскопия исследуемых образцов показала их поликристаллическое строение, выявив кристаллический оксид нанометрового размера.

Таким образом, методами колебательной спектроскопии были зафиксированы уграндиты, идентификации которых позволит уточнить условия формирования и трансформации хромитовых руд в данном районе.

Работа выполнена при поддержке проекта к Программе ОНЗ РАН № 4, 2006.

Литература 

1. Беликова Г. И., Салихов Д. Н., Мороз Т. Н.Кристаллохимические особенности некоторых минералов хромитовых руд из зоны гипербазитов (Южный Урал) // Спектроскопия и кристаллохимия минералов. Матер. международ. науч. конф. Екатеринбург: ИГиГ УрО РАН, 2007. С. 6–7.
2. KolesovB. A., GeigerC. A. Ramanspectraofsilicategarnets // Phys. Chem. Minerals, 1998. V. 25. P. 142–151.
3. Kolesov B. A., Geiger C. A. Low-temperature single-crystal Raman spectrum of pyrope // Phys. Chem. Minerals, 2000. V. 27. P. 645-649.
4. Hofmeister A. M. and Chopelas A.Vibrational spectroscopy of end-member silicate garnets // Phys. Chem. Minerals, 1991. V. 17. P 503–526. 

 Подпись к рисункам

Рис. 1. ИК-спектры уграндитов из околорудной хромитовой зоны Сангалыка (1–3); 4 – эталонный спектр уваровита. На вставке – область валентных колебаний ОН-связей, кривая 1 характерна для примеси хлорита.

Рис.2. ИК- и КР-спектры (с возбуждением 514.5 нм) образца m1.

Рис.3. Структура граната.

Рис.4. ИК- и КР-спектры n₂ колебания Si-O связи.