Результаты исследований частотных зависимостей термокаппы с целью диагностики тонкодисперсного пирита.

Ранее [Пименов и др., 2007] в лаборатории Петрофизики при моем непосредственном участии были проведены исследования, направленные на выяснение возможностей количественной интерпретации данных термокаппаметрического метода.

Термокаппаметрический метод

Как известно, термокаппаметрический метод широко используется в разных областях геологии, например, в стратиграфии, палеогеографии, в поиске и разведке залежей углеводородов. Столь широкая популярность термокаппаметрического метода объясняется наличием целого ряда преимуществ по сравнению с традиционными минералогическими методами, направленными на определение концентраций пирита. Первым преимуществом можно назвать экспрессность определений (результаты могут быть получены уже через несколько часов после поступления образцов для анализа), во-вторых, термокаппаметрические данные не зависят от размерности фракции сульфидов и карбонатов железа. Исследование тонкодисперсной фракции, которой зачастую и представлена основная масса FeS₂, в осадочных породах, требует привлечения весьма дорогостоящих методов (рентгеноструктурного, электронной микроскопии и т.д.).При этом вполне вероятно, что значительная часть еще более тонкодисперсной фракции остается недоступной для анализа. Третье преимущество термокаппаметрического метода заключается в относительной дешевизне определений (из аппаратурного обеспечения для термокаппаметрических исследований требуется муфельная печь и измеритель магнитной восприимчивости, предварительная подготовка образцов для анализа сводится лишь к подготовке образца требуемого размера). В совокупности, перечисленные пункты создают выгодное отношение цены и качества (информативности) термокаппаметрического метода.

Термокаппаметрический метод, базирующийся на эффекте фазового перехода сульфидов и карбонатов железа в магнетит при нагреве до 500^оС в воздушной среде, хоть и успешно используется в практической геологии для экспрессного определения повышенных концентраций пирита в породах, тем не менее, до сих пор результаты этого метода носят качественный характер. В большинстве случаев, на основе анализа термокаппаметрических данных возможны выводы о наличии пирита в отложениях, при значительных вариациях термокаппетрических параметров можно качественно судить о повышенном или пониженном содержании пирита в горных породах. Количественная информация о весовых концентрациях пирита термокаппаметрическому методу в существующей модификации недоступна. Поэтому, целью исследований авторов является выяснение возможностей количественной интерпретации термокаппаметрических данных, т.е. выяснение возможности экспрессного определения количественных концентраций сульфидов железа в горных породах по замерам магнитной восприимчивости проб после нагрева. При этом необходимым является сохранение всех преимуществ термокаппаметрии, в том числе экспрессности и относительной дешевизны определений.

Для реализации поставленной задачи были проведены термокаппаметрические эксперименты с образцами, изготовленными искусственным способом из немагнитных сульфидов железа различного генезиса. Общее количество образцов, исследованных к настоящему времени, около 300. Методика лабораторных исследований заключалась в следующем. Предварительно готовились пробы, с различными весовыми концентрациями (от 0,1 до 3 г) и разной размерностью частиц (более 1 мм, 0,25-1 мм, 0,15-0,25 мм, менее 0,15 мм, менее 0,1 мм) марказита и пирита разного генезиса. Фиксированные по массе, размерности и генезису пробы FeS₂ смешивались с растолченным мелом (весом 9 г) или кварцевым песком (весом 18 г), предварительно растолченным до размерности зерен < 0,15 мм и прогретым до температуры 550^оC в течение 2 часов.

Анализ результатов измерений магнитной восприимчивости после нагревов образцов (термокаппы, k_t) обнаружил ярко выраженную линейную зависимость величины k_t от весовых концентраций пирита (рис. 2).

Тем самым открылась перспектива количественного учета разницы весовых концентраций пирита в разных образцах и определения массы FeS₂.

Рисунок 2 Подробнейший

Однако, вклад в величину термокаппы тонкодисперсной (субмикронной) фракции пирита, которую невозможно смоделировать в лабораторных условиях, остается неизвестным. С появлением новой аппаратуры – мультичастотного каппабриджа появилась возможность дифференцировать вклад тонкодисперсной ферромагнитной фракции по высоким (более 2%) величинам FD-фактора.

Измеренные образцы в естественном состоянии характеризуются низкими (менее 1%) значениями FD. После нагрева до 500^оС в воздушной среде магнитная восприимчивость образцов резко возрастает, а FD-фактор увеличивается при этом до 5-10%, что можно объяснить только новообразованием суперпарамагнитного магнетита по тонкодисперсному (размерностью < 0.03 мкм) пириту.

Таким образом, по отношению величин термокаппы, отражающих общую концентрацию пирита, и FD-фактора по термокаппе, отражающего содержание только тонкодисперсного пирита, можно дифференцировать участки, на которых преобладает тонкодисперсный пирит.

Для того, чтобы судить о преобладании в пиритовой фракции тонкодисперсной составляющей по всему разрезу, независимо от абсолютных величин термокаппы и FD, значения этих параметров предварительно нормированы.

На приведенных графиках (прил. 2) отношения нормированных величин K_t и FD порядка десятков единиц (до 50) отражают доминирование тонкодисперсных (субмикронных) частиц сульфидов железа в отложениях.

Разрез верхнего кимериджа у с. Городищи (т.н.2531).

Заключение

В данной работе были рассмотрены основные методы петромагнетизма и показан широкий спектр их применения.

На примере результатов детальных петромагнитных исследований баженовской свиты в разрезе разведочной скважины 6242 (Западная Сибирь) показана геологическая информативность петромагнитных данных, например, для дополнительного расчленения разреза и выявления корреляционных реперных уровней, для реконструкций геохимических условий в палеобассейне. Анализ и интерпретация петромагнитных данных проводились как по известных методикам, так и с использованием новых методических приемов, разработка которых потребовалась в связи с появлением современной высокочувствительной аппаратуры, существенно расширившей возможности петромагнитного метода. В частности, впервые были проведены исследования частотных зависимостей термокаппы, которые позволяют получать информацию о наличие супер тонкодисперсного пирита в породах. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности продолжения подобных работ с целью разработки методики количественного или полуколичественного определения концентраций сульфидов железа в породах по термокаппаметрическим данным.

Литература

1. Молостовский Э.А., Храмов А.Н. Магнитостратиграфия и ее значение в геологии. -Саратов: Издательство Саратовского университета, 1997.

2. Пименов М.В. Палеомагнетизм и петромагнетизм средне-верхнеюрских отложений Русской плиты (бореально-тетические корреляции и решение задач практической геологии) // Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. геол.-мин. наук. Саратов, 2008. 16 с.

[1] По научному определению: Многозначащий.

[2] Правда, этот метод действительно работает, и даже больше

[3] Аутлэнд