Изотопы гелия в алмазах из метаморфических пород Кокчетавского массива

• Автор: Плешаков, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 04.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 181 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Цели и задачи работы
Актуальность работы
Научная новизна
Практическая значимость
Фактический материал
Структура и объем работы
Апробация работы
Благодарности
Глава I. Современные представления о распространенности
изотопов гелия
1.1 История изотопной геохимии гелия
1.2 Изотопы гелия
1.3 Гелий в геосферах
1.4 Радиогенный гелий земных оболочек
Глава II Изотопный состав гелия в алмазах
и первичный гелий Земли
2.1 Вариации отношений 3Не/4Не в алмазах
2.2 Алмазы из метаморфических пород Кокчетавского массива
2.2.1Геология района
2.2.2Морфология и свойства кокчетавских алмазов
и состав алмазоносных пород
Глава III Аппаратурное обеспечение масс-спектрометрического исследования изотопного состава гелия и других благородных газов в алмазах
3.1 Способы изотопного анализа гелия
3.2 Статический однокаскадный масс-спектрометр МИ1201ИГ
3.2. Аналитическая часть масс-спектрометра МИ1201ИГ
3.3 Регистрация ионов в счетном режиме
3.4 Система выделения, очистки и разделения благородных газов

Глава IV Полученные результаты и их обсуждение
4.1 Первые результаты изотопного анализа гелия кокчетавских алмазов (проблема гелия низко- и высокотемпературных фракций)
4.2 Изотопный состав гелия алмазоносных метаморфических
пород Кокчетавского массива
4.2.1 Изотопный состав гелия в минеральных фазах, выделенных из гранат-пироксеновой породы методом селективного
гяг'т'тзгтргт1/Г‘т

4.2.2. Исследование изотопного состава гелия при химической обработке в алмазоносных породах: в кварците и в пироксен-флогопит-карбонатной породе
4.2.3 Расчет теоретического изотопного отношения в алмазоносных породах и определение в них концентрации 1л
4.3 Изотопные вариации гелия при многоступенчатом термическом пиролизе кокчетавских алмазов
4.4 Природа изотопной аномалии низкотемпературных фракций кокчетавских алмазов
4.5 Радиогенный гелий кокчетавских алмазов - исходный
или имплантированный
4.6 Изотопный состав углерода и азота кокчетавских алмазов
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Особое место элементов нулевой группы Периодической системы Д.И.Менделеева при исследовании происхождения и эволюции земного вещества определяется не только отсутствием у них химической активности, а следовательно, возможностью пренебрегать химическими процессами, но и тем, что изотопные вариации инертных газов, обусловленные радиоактивным распадом и ядерными реакциями, существенно превосходят изотопные вариации других элементов, контрастно фиксируя процессы эволюции вещества. Первенство в широте возможных вариаций изотопного состава принадлежит гелию. Различия масштабов генерации легкого и тяжелого изотопов гелия в ядерных процессах и его высокая миграционная способность позволяют особенно эффективно использовать этот элемент при изучении эволюции и строения геосфер.
Наблюдаемый исследователями широкий спектр вариаций изотопного состава гелия в земных образованиях является прямым следствием геологической эволюции, характеризующейся возрастающей дифференциацией вещества, все большего распространения минералов с более высокой степенью концентрации элементов.
Эволюция изотопного состава гелия Земли прошла по пути от изначально усредненного на момент формирования Земли до специфически дифференцированного изотопного состава гелия геосфер (а на макро- и микро уровне - пород и минералов). Гелий, содержащийся в различных природных образованиях, является сложной компонентной смесью (под компонентом здесь понимается не только гелий определенного и однородного резервуара, с характерным для него изотопным составом, но и гелий определенного происхождения).
Эволюционная специализация изотопного состава гелия - следствие процессов дифференциации вещества Земли, радиоактивного распада и ядерных реакций - усложнятся действием Второго начала термодинамики, т.е. выравниванием концентрации веществ в любой части системы. В масштабе Земли это проявляется в восходящем потоке гелия в направлении "мантия-кора-атмосфера-космос". Диффузионные процессы, связанные с движением системы к термодинамическому равновесию, приводят к смешению гелия различных резервуаров и усложнению его компонентного состава. Соотно-

лучены путем двухступенчатой графитизации алмазов. Концентрации 4Не на первой ступени графитизации на два порядка превосходили количества 4Не второй ступени. При этом концентрации 3Не, выделенного на первой и второй ступенях, практически не отличались. М.Д.Кёрц предположил в качестве источника радиогенного 4Не уран и торий, присутствующие в кимберлите. Длина пробега а-частиц урана и тория и продуктов их распада - 12 т-42 мкм. Это может привести к накоплению в периферийных зонах алмаза 4Нерад~5х10"4см3/г, при условии концентраций U и Th во вмещающей алмаз породе «пх 10'6г/г и времени экспозиции «1х109лет [Шуколюков Ю.А., и др., 1993]. Механизм имплантации впоследствии обсуждался во многих работах [Lai D. et al., 1989; McConville P. et al., 1991; Verchovsky A.B. et al., 1993], в частности, Лал показал, для простоты расчетов принимая гомогенное распределение U и Th в кимберлите, что имплантация извне может являться главным источником 4Не в алмазах. МакКонвилл [McConville Р. et al., 1991] поддержали это предположение на основании своих исследований изотопного состава гелия и ксенона в алмазах из лампроитов Австралии, используя для расчетов несколько вариантов негомогенного распределения ct-радиоактивных элементов. Эти исследователи также полагают, что весь избыток 3Не и вариации 3Не/4Не в пределах кристаллов алмаза можно объяснить его генерацией в ядерных реакциях на 6Li, не столько внутри самих алмазов и в их включениях [Kurz M.D. et al., 1987] (определение Li в алмазах посредством ионного микрозонда дало очень низкую его концентрацию, недостаточную для образования наблюдаемых изотопных отношений -Си=0,0003-г- 0,003 ррт), сколько во вмещающих породах и последующей имплантацией. В расчетах учитывались конкурирующие нейтронные реакции на боре, хлоре и еще двенадцати элементах, но Li вносит преобладающий вклад в образова ние 3Не, несмотря на то, что его концентрации в лампроитах на порядок меньше, чем В и CI [McConville Р. et al., 1991].
Подавляющее большинство высоких изотопных отношений 3Не/4Не было обнаружено в аллювиальных алмазах (табл.2.1.3). Для объяснения избытка 3Не в них Д.Лал предложил идею о его генерации под действием fr-мезонов космического излучения [Lai D. et а1.,1989]. Так как с глубиной скорость образования космогенного гелия резко уменьшается (в 1000 раз на