УДК 549, 502.3

Н.А. Чепкая, З.А. Котельникова*

*Институт литосферы, Москва

*Z.A. Kotel’nikova (Far East Geological Institute, 159, Stoletiya Vladivostoka Av., Vladivostok, 690022; *Institute of Lithosphere, Moscow).

Линейные дефекты или дислокации несут важную информацию об истории роста и деформации кристалла [4]. Нередко к ним приурочены включения флюидов. Несмотря на то, что в ряде работ показана связь флюидных включений с дислокационной структурой кристалла [2, 3, 6, 7], изучению характера связи включений с такими дефектами кристаллического строения уделяется недостаточно внимания, хотя решение этого вопроса может позволить лучше разобраться в вопросах происхождения включений, степени герметичности их полостей, сохранности и изменении минералообразующих растворов в них после захвата, а также поможет решить вопрос, какие включения применимы для оценки физико-химических параметров минералообразования.

В данной работе взаимоотношения включений и дислокаций исследовалось с помощью методов дифракционной просвечивающей электронной микроскопии, а также под световым микроскопом с использованием методик избирательного травления и химического декорирования. Исследования проводились на кристаллах кварца из хрусталеносных месторождений и жил Приполярного Урала, Памира, Алданского и Анабарского щитов, кристаллах синтетического кварца, выращенных на затравку гидротермальным способом из растворов с хлоридами и гидроокислами натрия.

Метод электронной микроскопии использовался для визуализации только очень мелких включений, размером в доли микрон (до 0,5 мкм), поскольку от более крупных включений при подготовке образцов остаются сквозные отверстия. Недостатком метода является его высокая трудоемкость. Преимуществом – высокая разрешающая способность - до 10¹⁰ см^-2. Так как включения, которые можно изучать этим методом, являются очень мелкими и не используются в термобарогеохимии, то основным рабочим методом являлось химическое декорирование. Метод химического декорирования позволяет надежно визуализировать выходы дислокаций вокруг полостей флюидных включений с разрешающей способностью до 10⁷ см^-2 и обладает наибольшей эксперссностью. Он очень удобен для изучения микроструктур вокруг достаточно крупных включений (10-15 мкм), обычно используемых при термобарогеохимических измерениях. Методы избирательного травления имеют разрешение до 10⁸ см^-2. Метод требует особо качественной полировки образца. Кроме того, для каждого образца требуется специально подобранный режим травления.

Для выявления дислокаций в качестве избирательных травителей использовались водные растворы HF, а также смеси HF и HNO₃ [5]. Использованная методика подробно описана в работе Котельниковой [2].

Образцы для изучения дислокаций методом просвечивающей электронной микроскопии приготовлялись путем ионного утонения.

При исследовании исходных образцов было установлено, что все первичные включения, расположенные по зонам роста кристалла, связаны как минимум с одной дислокацией. Включения имеют размер 1-5 мкм и отмечены на рис. 1 стрелками. В электронном микроскопе линейные дефекты имеют контраст в виде пар изогнутых темных линий, в местах пересечения которых находятся включения. В приготовленных препаратах не было отмечено ни одного включения не связанного с дислокациями.

Включения, имеющие размер 10-20 мкм, характеризуются пучком параллельно или веерообразно расходящихся дислокаций. Использование метода химического декорирования показало, что с еще более крупными включениями, порядка 50-100 мкм, связано повышение плотности дислокаций, достигающей 5¹⁰ мкм.

Поскольку метод химического декорирования своим недостатком имеет разгерметизацию полостей флюидных включений при его использовании [ 2] , то для того чтобы избежать подобного эффекта часть исследований проводилась с привлечением метода избирательного травления. На рисунке 2а представлено включение с газовым пузырьком (изображение сфокусировано на включение), а на рисунке 2в отчетливо видны многочисленные ямки травления, возникшие на дислокациях, приуроченных к полости включения, а также повышение плотности дислокаций, связанное с вакуолью. Ориентировка препарата (1120). Рядом с крупными первичными включениями, вдоль дислокаций или границ часто наблюдаются скопления субмикронных включений размером в сотые доли микрон, которые описаны в более ранних работах [2, 5].

При проведение исследований также изучалась связь вторичных включений, расположенных по залеченным трещинам, с дислокационным строением кварца. Методом химического декорирования было установлено, что плотность дислокаций вокруг полостей вторичных включений может достигать 10⁷ см^-2. Изучение этих включений методом избирательного травления показало, что их полости всегда соединены между собой линиями дислокаций, т.е. включения располагаются на пересечении дислокационных границ. Вторичные включения самой поздней генерации часто содержат ответвления в виде тонких каналов (рис. 3). Эти каналы часто соединяют соседние включения и заполнены минералообразующим раствором, иногда в них наблюдаются кристаллики солей и пузырьки газовой фазы. Образование таких каналов может происходить двумя путями: либо при естественном протравливании включений по дислокациям, либо при образовании дислокации в процессе дендритного роста кристалла при залечивании трещин [3]. Эти данные хорошо согласуются с исследованиями, проведенными Уилкинсом [7], который методом химического травления сколов установил связь залеченной трещины и вторичных включений, и Балакирева и Мельникова [1], диагностировавших на дне ямок-вакуолей флюидных включений дислокационные остроконечные ямки. Связь флюидных включений с дислокациями и увеличение плотности последних в непосредственной близости от включений имеет важное значение при протекании наложенных процессов. При увеличении температуры внутреннее давление во включении увеличивается, и согласование дефектов решетки в первую очередь осуществляется путем преобразования окружения из дислокаций, поскольку они являются наиболее мобильными элементами структуры.
Рис. 4. Форма дислокаций, выходящих из полости флюидного включения в кварце до (А) и после (В) наложенных процессов. Данные химического декорирования

Если плотность дислокаций вокруг включения высокая - 10⁷-10¹⁰ см^-2, то она будет способствовать сохранности включения. При недостаточной плотности дислокаций (до 10⁴ см^-2) для компенсации возникших напряжений появляется структура микрокливажа, которая при дальнейшем росте напряжений будет служить каналом для утечки содержимого включений. Величина плотности дислокаций также сказывается и на характере изменения объема включения, т.е. в случае пластической деформации объем включения увеличится. Если же происходит утечка содержимого вакуоли через микротрещину, то объем включения уменьшается.

Исследование характера изменения формы дислокаций до и после наложенных процессов показало: до деформации дислокации представляли собой пучки выходящие из полости включения (рис. 4), после наложенных процессов форма дислокаций изменялась (рис. 5) – прямые линии изгибались в виде петель. В ряде случаев вокруг включений наблюдаются симметрично построенные дислокационные розетки с максимальной плотностью дислокаций до 2¹⁰ см^-2. В поляризованном свете в скрещенных николях вокруг таких включений наблюдаются розетки двупреломления, обусловленные пластической деформацией. В данном случае, видимо, фиксируется этап пластической деформации. Таким образом, форма дислокаций вокруг включений может позволить идентифицировать характер напряжений в кристалле-хозяине и определить степень герметичности включения.

Проведенные эксперименты показали, что флюидные включения всегда связаны с такими дефектами кристаллического строения, как дислокации. Причем, чем крупнее флюидное включение, тем большее количество дислокаций выходит из него. При наложенных процессах полости дислокаций протравливливаются, увеличиваясь, таким образом, в объеме и могут служить каналами утечки или обмена содержимого включений с межпоровыми растворами. Процессы пластической деформации приводят к увеличению плотности дислокаций вокруг включений, а также к изменению их формы.

1. Балакирев В.Г., Мельников Е.П. Электронно-микроскопическая фрактография кварца. Москва: Наука, 1991. 119 с.
2. Котельникова З.А., Сонюшкин В.Е. Дислокационное строение кварца и проблема герметичности полостей флюидных включений // Зап. ВМО. 1994. № 3. С. 9-20.
3. Леммлейн Г.Г. Процесс залечивания трещины в кристалле и преобразование полостей вторичных включений // Докл. АН СССР. 1951. Т. 21, № 4. С. 685-688.
4. Фридель Ж. Дислокации. Москва: Мир, 1967. 643 с.
5. Ball A., White S. An etching technique for revealing dislocation structures in deformed quartz grains // Tectonophysics. 1977. V. 37. P. 9-14.
6. Chepkaya N.A., Kotelnikova Z.A. Correlation between fluid inclusions cavities and crystal defects in quartz. Abstract. EUG-8. 1995. P. 92.
7. Wilkins R.W.T. The relationship between dislocations and fluid inclusions in minerals // Res. Rev. CSIRO div. Miner.Geochem. Camberra. 1986. P. 113-134.