Электронно-зондовое исследование амазонитов Прибайкалья и Кольского полуострова

В данной работе представлены результаты исследования амазонит-пертитов из докембрийских пегматитов Кольского полуострова и палеозойских пегматитов Прибайкалья методом РСМА. Эти пегматиты относятся к редкометалльно-редкоземельной формации низких начальных давлений. Первые из них составляют фтор-тантал-иттриевый эволюционный ряд, а вторые – ниобий-редкоземельный. Изучены образцы амазонита из пегматитовой жилы 19 горы Плоской (Кейвы, Кольский полуостров) и пегматитовых жил Прибайкалья (руд. Слюдянка, копь Кабера и Приольхонье, жилы Улан-Нура и Нарин-Кунты), описанных в работе [Шмакин и др., 2007]. Цель данного исследования - установить особенности состава амазонита и распределения редких элементов в его образцах из редкометалльно-редкоземельных пегматитов различных регионов России.

На рентгеноспектральном микроанализаторе Superprobe JXA-8200 (JEOL Ltd, Япония) с помощью энергодисперсионного и волновых спектрометров разработана методика РСМА амазонитов на основные (Na, Al, Si, K) и примесные (Rb, Cs, Pb) элементы. Оптимальные условия возбуждения и регистрации аналитического сигнала подобраны с учётом зависимостей интенсивности (для основных) и пределов обнаружения (для примесных) определяемых элементов от ускоряющего напряжения, тока зонда и времени измерения.

Образцы для исследования приготовлены в виде запрессовок в эпоксидной смоле и отполированы послойно c помощью абразивных материалов до достижения удовлетворительной поверхности, требуемой для анализа [Павлова и др., 2000]. Для обеспечения электропроводности исследуемых объектов на их поверхность наносили пленку углерода толщиной 20-30 нм [Рид, 2008] методом напыления в вакууме.

В режиме растрового электронного микроскопа во вторичных, обратно рассеянных электронах и в рентгеновских характеристических лучах изучено распределение элементов по поверхности исследуемых объектов. Оценены размеры и формы выделения минеральных фаз по основной матрице образцов, однородность их распределения.

Фазовый состав матрицы и минеральных фаз предварительно был изучен с помощью энергодисперсионного спектрометра. Спектры рассчитаны и обработаны по программе полуколичественного анализа Programme of Semiquantitative Analysis программного обеспечения ЭДС микроанализатора Superprobe JXA-8200.

Количественные определения химического состава проведены сканированием площадей поверхности зерен по взаимно перпендикулярным линейным горизонтальным и вертикальным профилям на волновых спектрометрах при ускоряющем напряжении 20 кВ, токе зонда 20 нА, экспозиции съемки 10 с для (Na, Al, Si, K) и 120 с для (Rb, Cs, Pb). Диаметр зонда варьировали от 1 до 10 мкм, учитывая размер исследуемых объектов. Длина каждого профиля в среднем составляла от 1000 до 2000 мкм в зависимости от размера самого зерна. Шаг сканирования 10-50 мкм. Размер включений оценивали в режиме растрового электронного микроскопа с погрешностью менее 10 % относительных.

Расчет поправочных факторов на матричные эффекты и содержаний определяемых элементов выполнен ZAF-методом по программе количественного анализа программного обеспечения микроанализатора Superprobe JXA-8200. Данные приведены в таблице 1.

Примечание. 1, 2 – г. Плоская, Кейвы, Кольский полуостров: 1 - голубой амазонит, 2 – зеленый амазонит; 3 – руд. Слюдянка, копь Кабера; 4, 5 – Приольхонье: 4 - Улан-Нур, ж. Западная, 5 - Нарин-Кунта; н.о. – не обнаружено (обозначает отсутствие значений).

Метрологические характеристики методики анализа оценены на образцах сравнения известного состава, аттестованных как стандартные образцы предприятий в Объединенном институте геологии, геофизики и минералогии СО РАН (Новосибирск), и удовлетворяют требованиям, предъявляемым ко 2-й категории анализов [ОСТ 41-08-212-04, 2004; ОСТ 41-08-265-04, 2004]. Правильность определения низких содержаний Rb, Cs, Pb в исследуемых образцах определяли путём сопоставления данных РСМА с результатами независимых методов спектрального и химического анализов.

Неоднородность распределения примесных элементов в матрице амазонитов и минеральных фазах дополнительно была изучена картированием в режиме растрового электронного микроскопа в обратно рассеянных электронах и в характеристическом рентгеновском RbLα-, CsLα- и PbMα - излучении.

Результаты исследований показали, что основу всех исследуемых амазонитов составляет калиевый полевой шпат. По его матрице во всех образцах наблюдаются темные, светлые минеральные фазы и яркие, ограненные включения различной формы и размеров. Размер выделяемых фаз и включений изменяется от 2 до 100 микрон. Основной состав матрицы всех исследуемых образцов достаточно однороден по содержанию калия, натрия, алюминия, кремния. Примесные элементы (Rb, Cs, Pb) распределены в ней неравномерно и присутствуют в различном процентном соотношении. Минеральные фазы и включения в образцах амазонитов выражены более разнообразным составом. Так в амазонитах Кольского полуострова наблюдаются фазы и включения с высокими содержаниями оксида свинца, изменяющимися от 0,5 до 16 мас. %. Содержания рубидия определены в них на уровне предела обнаружения. Цезий не обнаружен, за исключением, единичных значений. Содержания оксида железа определены только в некоторых включениях и изменяются от 0,1 до 10 мас. %. Амазониты Прибайкалья характеризуются включениями с более высокими содержаниями редких щелочных элементов, а также Fe, изменяющимися в различном процентном соотношении. Содержания PbO изменяются от 0,3 до 11; Rb₂O от 0,4 до 1; Cs₂O от 0,2 до 10; FeO от 0,2 до 19 мас. %.

Таким образом, по данным рентгеноспектрального электронно-зондового микроанализа удалось выявить неоднородность состава как основной матрицы амазонитов, так и включений в ней, а также в целом изучить особенности распределения редких элементов в образцах амазонита из редкометалльно-редкоземельных пегматитов различных регионов России.

2. ОСТ 41-08-265-04. Стандарт отрасли. Управление качеством аналитических работ. Статистический контроль точности (правильности и погрешности) результатов количественного химического анализа. Москва, 2004. 80 с.

3. Павлова Л.А., Белозерова О.Ю., Парадина Л.Ф., Суворова Л.Ф. Рентгеноспектральный электронно-зондовый микроанализ природных объектов. Новосибирск: Наука, 2000. 223 с.

4. Рид С.Дж.Б. Электронно-зондовый микроанализ и растровая электронная микроскопия в геологии. М.: Техносфера, 2008. 232 с.