Analitičke metode u geologiji mineralnih ležišta

Rudna mikroskopija

• Mikroskopija u reflektiranom svjetlu

• izvor svjetlosti ja iznad preparata za razliku od izvora svjetlosti kod uobičajenog petrografskog mikroskopa (ispod preparata)

• tijelo mikroskopa• rotirajući stolić s podjelom u stupnjevima• objektne leće s različitim povećanjima• okulari• svjetlosti sistem • polarizator i analizator• fotometar (mjerenje reflektancije minerala)

Priprema uzoraka za rudnu mikroskopiju

1. Piljenje 2. Lijepljenje (Mounting) 3. Brušenje

4. Poliranje

Polirane površine zadovoljavajuće kvalitete

Koloformni pirit, Trepča, Kosovo

Hidrotermalna parageneza, Trepča

Py

Py

Carb

Identifikacija minerala – kvalitativna optička svojstva

• morfologija (habitus i oblik kristala, sraslaci, deformacije, zonalni rast)• kohezivna svojstva (kalavost, pukotine, tvrdoća (Kalb svjetlosna linija), plastičnost (eng. tenacity; duktilno/krto)• eksolucije, kemijska svojstva, izjedine (eng. etching)

Svojstva promatrana u polariziranoj svjetlosti• boja• reflektancija• bireflektancija ili refleksijski pleokroizam

Svojstva promatrana s uključenim analizatorom• izotropija/anizotropija• anizotropne boje• unutarnji refleksi

Habitus

Py

Kalb svjetlosna linija

EksolucijeHalkopirit u sfaleritu

SphCpy

Hidrotermalna parageneza, Trepča, Kosovo

Pirit

H = 6 – 6½

Galenit

H = 2½

boja

Gn

Cpy

Py

Carb

Eksolucije halkopirita u sfalerituIli bolest halkopirita u sfaleritu

𝑅𝑒𝑓𝑙𝑒𝑘𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑗𝑎 (𝑅 %) =𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑧𝑖𝑡𝑒𝑡 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑘𝑡𝑖𝑟𝑎𝑛𝑒 𝑠𝑣𝑗𝑒𝑡𝑙𝑜𝑠𝑡𝑖

𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑧𝑖𝑡𝑒𝑡 𝑢𝑝𝑎𝑑𝑛𝑒 𝑠𝑣𝑗𝑒𝑡𝑙𝑜𝑠𝑡𝑖(𝑥 100)

Vrlo jaka reflektancija (R>50%)Ag, Au, Cu, Pt, Bi, pirit, arsenopirit, markazit

Jaka reflektancija (R=35-50%)galenit, stibnit, halkopirit, pirhotit

Umjerena reflektancija (R=20-35%)proustit, realgar, cinabarit, hematit, halkozit, magnetit

Slaba reflektancija (R<20%)sfalerit, siderit, grafit, wolframit

Bireflektancija

stibnit, Bo Thong, Tailand

Izotropni minerali

pirit, Trepča, Kosovo

Izotropni minerali

Anizotropni minerali

arsenopirit, Trepča, Kosovo

Anizotropni minerali

markazit, Trepča, Kosovo

Anizotropni minerali

Anizotropni minerali

Unutarnji refleksi

skarnska parageneza, Trepča, Kosovo

Py

Mrc

Sph

Unutarnji refleksi

Fluidne inkluzije – fluidi

zarobljeni u mineralima

Fluidi u geološkim procesima

• aktivni sistemi (npr. geotermalna polja, crni dimljivci)

• rekonstrukcije kroz produkte hidrotermalnih alteracija

• fluidne inkluzije

Waiotapu geotermalno polje, Novi Zeland

White Island (aktivni vulkan), Novi Zeland

Fluidne inkluzije

Fluidne inkluzije su mjehurići tekućine i plina zarobljene u kristalu tijekom njihovog rasta. Minerali često

kristaliziraju iz vodenih otopina, te kapljice tih fluida mogu ostati zarobljene unutar kristala (ako je rast

kristala poremećen kristalografskim defektom) ili u zacijeljenim pukotinama unutar kristala. Inkluzije

pogodne za geokemijska istraživanja variraju u veličini u rasponu od <1 mm do 1 mm, i uobičajeno su

detaljno vidljive isključivo mikroskopom.

Henry Clifton SORBY (1826. – 1908.)

On the Microscopical Structure of Crystals (1858)

1984.

Klasifikacija fluidnih inkluzija prema vremenu nastanka

• primarne

• sekundarne

• pseudosekundarne

Fazna klasifikacija fluidnih inkluzija

polifazne (L+V+S, L1+L2+V)

monofazne (L, V, S) dvofazne(L + V)

S

S

LV

V – plinovita faza

L – tekuća faza

S – čvrsta faza

Osnovne pretpostavke

• Kemijski sastav fluidne inkluzije se nije mijenjao od trenutka kad su zarobljene

• Volumen fluidnih inkluzija se nije mijenjao otkad su zarobljene

• Sadržaj fluidnih inkluzija je zarobljen kao jednofazni (homogeni) fluid (osim ključajućih fluida!)

cooling

• mikrotermometrija

• UV mikroskopija

• IR mikroskopija

• Ramanova spektroskopija

• ionska kromatografija

• plinska kromatografija

• SEM (skenirajući elektronski mikroskop)

• LA-ICP-MS (laserska ablacija-induktivno

spregnuta plazma-masena spektroskopija)

Analitičke metode u istraživanju fluidnih inkluzija

- fluidne inkluzije u mineralima slijede izohorne-izopletne putove kroz P-

T uvjete, kako u prirodi tako i tijekom eksperimenata mikrotermometrije

(eng. isochoric-isoplethic paths through P-T space)

- stolić s hlađenjem i zagrijavanjem (-180 do +600°C)

- fazni prijelazi pri kontroliranim temperaturnim promjenama

• MIKROTERMOMETRIJA

hlađenje zagrijavanje

Početno

otapanje Završno

otapanje

Homogenizacija

Eutektičke temperature u raznim vodenim sistemima

Slanost (tež.% NaCl) nasuprot konačnoj temperaturi otapanja

Fazni dijagram za NaCl-H2O sistem

• nedestruktivne metode

• IR mikroskopija – fluidne inkluzije se istražuju u opaki mineralima

• UV mikroskopija – ugljikovodici

IR i UV mikroskopija

Fig. 1. IR mikrofotografija fluidne

inkluzije u stibnitu

Fig. 2 Fluidne inkluzije koje sadržavaju CH4

a) u VIS; b) u UV spektru

• nedestruktivna metoda

• uzorak je obasjan monokromatskom

laserskom zrakom

• volatili (H2O, CO2, CH4, N2,…)

• Hidrati soli (hydrohalite, NaCl·2H2O;

antarcticite, CaCl2·6H2O,…)

• čvrste faze (kalcit, dolomit, barit, pirit,

halkopirit,…)

Ramanova spektrosopija

• destruktivna metoda

• koncentracija kationa (Na+, Ca2+, Mg2+, Li+, K+,…) i aniona (Cl-, SO42-, CO3

2-,

Br-, I-,…)

• cjelokupni sastav

Ionska kromatografija

Probe mineral Li (ppm) Na (ppm) K (ppm) Mg (ppm) Ca (ppm) F (ppm) Cl (ppm) Br (ppm) I (ppm) NO3 (ppm) SO4 (ppm)

PR-LJ-1 Siderite 101 12534 544 6535 6337 145 30458 192 0,9 321 206

PR-LJ-2 Galena 4 5869 352 571 8487 126 10701 26 0,1 168 409

PR-LJ-3 Dark limestone 62 3775 5269 2197 19779 227 6620 36 10,8 308 1358

PR-LJ-4 Siderite 188 8812 1844 5275 16245 62 20489 231 0,6 196 3527

PR-LJ-5 Quartz 67 14884 856 741 1995 56 26356 114 1,7 820 0

PR-LJ-6 Barite 16 4943 319 616 14378 0 9658 50 0,8 118 3965

PR-LJ-7 Barite 3 3877 325 682 22685 46 8630 34 0,6 174 20654

PR-LJ-8 Dark limestone 26 3032 436 1507 25951 121 4744 68 6,9 177 19065

PR-LJ-9 Siderite 417 10468 458 7720 12683 43 25633 338 0,7 196 1129

• destruktivna metoda

• kemijski i izotopni sastav volatila (N2, CH4, kompleksni ugljikovodici, itd)

• cjelokupni sastav

Plinska kromatografija

• destruktivna metoda

• kemijski sastav ne-volatilnih elemenata

• kemijski sastav pojedinačnih fluidnih inkluzija

SEM/EDS

LA-ICP-MS

LA-ICP-MS signali za pojedinačnu fluidnu inkluziju u kremenu LA-ICP-MS signali inkluzija taljevine u

plagioklasu

Rentgenska difrakcija na prahu (XRPD) – mineralogija alteracija

• Rentgenska difrakcija na prahu (XRPD) je analitička metoda primarno korištena za

faznu analizu kristaliziranog materijala - daje informacije o kristalnoj stukturi minerala.

Pogodna je za sitnozrnate uzorke (produkte hidrotermalnih alteracija, minerale glina,

marinske sedimente, potočne sedimente, uzorke tla…)

Hidrotermalno alterirani (izmjenjeni) trahiandezit, Trepča, Kosovo