litosphereЛитосфераLITHOSPHERE (Russia)1681-90042500-302XA.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry10.24930/1681-9004-2022-22-1-39-54litosphere-1537Research ArticleСтатьиArticlesИспользование структурных дефектов в кварце для определения источников сноса и условий формирования осадочных отложений (на примере кварца осадочных пород Центральных Кызылкум)The use of lattice defects in quartz to determine provenance and conditions for the formation of sedimentary deposits (using the example of quartz from sedimentary rocks of the Central Kyzylkum)РаковЛ. Т.RakovL. T.

119017, Москва, Старомонетный пер., 35

5 Staromonetnyi lane, Moscow 119017

rakovlt@mail.ruИнститут геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) РАНРоссияInstitute of geology of ore deposits, petrography, mineralogy and geochemistry IGEM of RASRussian Federation2022020320222213954Copyright © Раков Л.Т., 20222022Раков Л.Т.Rakov L.T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.lithosphere.ru/jour/article/view/1537

Объект исследований. Состав и закономерности распределения структурных дефектов в обломочном кварце осадочных пород.Материал и методы. Материалом для исследований стал кварц, отобранный из керна двух скважин, вскрывших отложения неогена, палеогена и мела в породах Центральных Кызылкум. Регистрация и определение концентраций структурных дефектов в обломочном кварце проводились методом ЭПР. Их стабильность в кварце в природных условиях оценивалась путем сравнения концентраций дефектов в приповерхностной и глубинной зонах кварцевых зерен. Для изучения пространственного расположения структурных дефектов в минерале использовалась обработка кварцевых зерен в HF. Генетический анализ обломочного кварца осуществлялся с применением методик, апробированных при изучении кварца кристаллических горных пород.Результаты. Обнаружено присутствие в кварце изоморфных примесей Al, Ti и Ge, радиационных E1-, Al–O−- и Ti-центров, а также других парамагнитных центров, обладающих генетической информативностью. Установлено, что распределение изоморфных примесей в обломочном кварце близко к первоначальному, сложившемуся в момент образования минерала. Это создает предпосылки для выявления генетически близких образцов кварца и отнесения их к определенным источникам сноса. Для случая осадочных пород Центральных Кызылкум получено подтверждение, что их формирование происходило за счет двух основных источников сноса терригенного материала. Показана целесообразность применения радиационных центров с разной термической стабильностью для изучения радиационной предыстории кварца и условий формирования месторождений урана.Выводы. Полученные данные свидетельствуют, что обломочный кварц осадочных отложений сохраняет основную часть генетически значимых структурных дефектов, образованных при кристаллизации. Наиболее важными из них являются изоморфные примеси Al, Ti и Ge. Закономерности их распределения, наряду с распределением радиационных дефектов в кварце, способны нести информацию об источниках сноса обломочного материала и другие сведения об условиях осадконакопления и связанного с ним формирования месторождений полезных ископаемых.

Research subject. The composition and distribution patterns of lattice defects in the clastic quartz of sedimentary rocks.Material and methods. Quartz collected from the core of two wells uncovering the Neogene, Paleogene and Cretaceous deposits in the rocks of the Central Kyzylkum. The registration and determination of the concentrations of lattice defects in detrital quartz were carried out by the EPR spectroscopy. Their stability in quartz under natural conditions was evaluated by comparing the concentrations of lattice defects in the near-surface and deep zones of quartz grains. The etching of quartz grains in HF was used to study the spatial location of lattice defects in the mineral. The genetic analysis of detrital quartz was carried out using the methods tested in the study of quartz from crystalline rocks.Results. The presence of substitutional Al, Ti, and Ge impurities, radiation induced E1-, Al–O−- and Ti-centers, as well as other paramagnetic centers possessing genetic information was found in quartz. The distribution of substitutional impurities in clastic quartz is close to their original distribution formed at the time of the mineral formation. This creates the prerequisites for identifying genetically similar quartz samples and attributing them to the certain provenance. The formation of sedimentary rocks of the Central Kyzylkum occurred due to two main provenance sources of terrigenous material. The expediency of using radiation induced centers with different thermal stability for studying the radiation prehistory of quartz and the conditions for the formation of uranium deposits is demonstrated.Conclusion. The clastic quartz of sedimentary deposits retains the main part of the genetically significant lattice defects formed during crystallisation. The most important of them are Al, Ti, and Ge isomorphic impurities. The regularities of their distribution, along with the distribution of radiation induced lattice defects in quartz, are able to carry information about the provenance of detrital material and the conditions of sedimentation and associated formation of mineral deposits.

обломочный кварцструктурные дефектыЭПРисточники сносаурановые месторожденияdetrital quartzlattice defectsEPRprovenanceuranium depositsИсследования проведены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 19-05-00476)The research was carried out with the financial support of the Russian Foundation for Basic Research (project No. 19-05-00476)ReferencesАфанасьев Г.Д., Зыков С.И. (1985) Геохронологическая шкала фанерозоя в свете новых значений постоянных распада. М.: “Наука”, 99 с.Afanas’ev G.D., Zykov S.I. (1985) Geochronological scale of the Phanerozoic in the light of new values of decay constants. Moscow, Nauka Publ., 99 p. (In Russ.).Вотяков С.Л., Крохалев В.Я., Пуртов В.К., Краснобаев А.А. (1993) Люминесцентный анализ структурного несовершенства кварца. Екатеринбург: Урал. изд. фирма Наука, 70 с.Chediya K. (1986) Morphostructures and the latest tectogenesis of the Tien Shan. Frunze, Ilim Publ., 314 p. (In Russ.).Давыдова Т.Н., Львова Г.Н. (1969) Формации и экзогенные эпигенетические месторождения урана. М.: ВИМС, 111 л.Davydova T. N., Lvova G.N. (1969) Formations and exogenous epigenetic deposits of uranium. Moscow, VIMS Publ., 111 p. (In Russ.).Лютоев В.П., Макеев А.Б. (2013) Структурные элементы-примеси в кварце песчаников Пижемской депрессии (Средний Тиман). Литосфера, (4), 110-120.Khasanov R.R., Galeev A.A. (2008) Evolution of syngenetic organic matter in Paleozoic sediments of the central part of the Volga-Ural anteclise. Scientific Notes of Kazan State University, Natural Sciences, 150(3), 152-161. (In Russ.).Марфунин А.С. (1975) Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах. М.: Недра, 327 с.Lyutoev V.P., Makeev A.B. (2013) Substitutional elementsimpurities in the quartz of sandstones of the Pizhem depression (Middle Timan). Lithosphere (Russia), (4), 110-120. (In Russ.).Миркамалова С.Х., Беленький Г.А., Морозов С.Д., Беленькая И.Г., Расулов У.М. (1972) Палеоген Западного Узбекистана. Ташкент: ФАН, 116 с.Marfunin A.S. (1975) Spectroscopy, luminescence and radiation centers in minerals. Moscow, Nedra Publ., 327 p. (In Russ.).Моисеев Б.М. (1985) Природные радиационные процессы в минералах. М.: Недра, 174 с.Mirkamalova S.H., Belen’ky G.A., Morozov S.D., Belen’kaya I.G., Rasulov U.M. (1972) Paleogene of Western Uzbekistan. Tashkent, FAN Publ., 116 p. (In Russ.)Моисеев Б.М., Раков Л.Т. (1977) Палеодозиметрические свойства Е1-центров в кварце. Докл. АН СССР, 233(4), 679-682.Moiseev B.M. (1985) Natural radiation processes in minerals. Moscow, Nedra Publ., 174 p. (In Russ.)Раков Л.Т. (1992). Природная диффузия структурных примесей в кварце осадочных пород. Докл. АН, 323(4), 756-760.Moiseev B.M., Rakov L.T. (1977) Paleodosimetric properties of E1-centers in quartz. Dokl. Akad. Nauk SSSR 233(4), 679-682. (In Russ.)Раков Л.Т. (2007) Научные основы применения структурных дефектов в кварце в качестве индикатора минералообразования. Дис. … докт. геол.-мин. наук. М.: ВИМС, 329 с.Passchier S., Uscinowicz S., Laban C. (1997) Sediment supply and transport directions in the gulf of Gdansk as observed from SEM analysis of quartz grain surface textures. Warszawa, Polish Geological Institute.Раков Л.Т. (2009) Влияние щелочных ионов на изоморфизм алюминия и титана в кварце. Геохимия, 47(9), 1000-1005.Rakov L.T. (1992) Nature diffusion of lattice impurities in quartz of sedimentary rocks. Dokl. Akad. Nauk, 323(4), 756-760.Раков Л.Т., Мельников П.В., Перевозчиков Г.В., Головин Е.А., Миловидова Н.Д., Моисеев Б.М., Мишенина Т.Н. (1991) Процесс накопления радиационных дефектов в кварце осадочных пород с фоновыми содержаниями урана. Изв. АН СССР. Сер. геол., (6), 114-119.Rakov L.T. (2007) Scientific bases of the use of lattice defects in quartz as an indicator of mineral formation. Doct. geol. and min. sci. diss. Moscow, VIMS, 329 p. (In Russ.).Раков Л.Т., Плескова М.А., Моисеев Б.М. (1986) Парамагнитный центр в термообработанном кварце. Докл. АН СССР, 289(4), 962-965.Rakov L.T. (2009) The Effect of Alkali Ions on Al and Ti Isomorphism in Quartz. Geochemistry International, 47(9), 942-947 (translated from Geokhimiya, 47(9), 1000-1005.Раков Л.Т., Прокофьев В.Ю., Зорина Л.Д. (2019) Элементы-примеси в кварце месторождений золота Дарасунского рудного поля (Восточное Забайкалье, Россия): данные электронного парамагнитного резонанса. Геология рудн. месторождений, 61(2), 72-92.Rakov L.T., Melnikov P.V., Perevozchikov G.V., Golovin E.A., Milovidova N.D., Moiseev B.M., Mishenina T.N. (1991) The process of accumulation of radiation defects in quartz of sedimentary rocks with background uranium contents. Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Geol., 6, 114-119. (In Russ.).Раков Л.Т., Ткачев А.В., Сахнов А.А. (2013) Генетический анализ кварца пегматитов Мамско-Чуйского слюдоносного района на основе использования распределения изоморфных примесей. Геология рудн. месторождений, 55(1), 48-67.Rakov L.T., Pleskova M.A., Moiseev B. M. (1986) Paramagnetic center in heat-treated quartz. Dokl. Akad. Nauk. SSSR, 289(4), 962-965. (In Russ.).Раков Л.Т., Шурига Т.Н. (2009) Структурно-динамическое состояние как генетический критерий кварца. Геохимия, 47(10), 1086-1102.Rakov L.T., Prokof’ev V.Yu., Zorina L.D. (2019) Impurity elements in quartz from gold deposits of the Darasunsky ore field (Eastern Transbaikalia, Russia): electron paramagnetic resonance data. Geol. Ore Deposits, 61(2), 162-184 (translated from Geol. Rudn. Mestorozhd, 61(2), 72-92).Симанович И.М. (1978) Кварц песчаных пород. М: Наука, 156 с.Rakov L.T., Shuriga T.N. (2009) The structural dynamic state of quartz as a criterion of its genesis. Geochemistry International, 47(10), 1021-1035 (translated from Geokhimiya, 47(10), 1086-1102).Хасанов Р.Р., Галеев А.А. (2008) Эволюция сингенетического органического вещества в палеозойских отложениях центральной части Волго-Уральской антеклизы. Ученые записки Казанского государственного университета. Естеств. науки, 150(3), 152-161.Rakov L.T., Tkachev A.V., Sakhnov A.A. (2013) Genetic analysis of quartz of pegmatites of the Mamsko-Chui mica-bearing region based on the use of the distribution of isomorphic impurities. Geo. Ore Deposits, 55(1), 41-58 (translated from Geol. Rudn. Mestorozhd., 55(1), 48-67).Чедия О.К. (1986) Морфоструктуры и новейший тектогенез Тянь-Шаня. Фрунзе: Илим, 314 с.Shcherbakova M.Ya., Sotnikov V.I., Proskuryakov A.A., Mashkovtsev R.I., Solntsev V.P. (1976) On the use of quartz EPR spectra in the assessment of ore-bearing (on the example of gold-ore and copper-molybdenum) mineralization. Geol. Rudn. Mestorozhd., 18(5), 63-69. (In Russ.).Щербакова М.Я., Сотников В.И., Проскуряков А.А.,Simanovich I.M. (1978) Quartz of sand rocks. Moscow, Nauka Publ., 156 p. (In Russ.).Машковцев Р.И., Солнцев В.П. (1976) Об использовании спектров ЭПР кварца при оценке рудоносной (на примере золоторудной и медно-молибденовой) минерализации. Геология рудн. месторождений, 18(5), 63-69.Votyakov S.L., Krokhalev V.Ya., Purtov V.K., Krasnobaev A.A. (1993) Luminescent analysis of the structural imperfection of quartz. Ekaterinburg, Ural. publishing house Nauka, 70 p. (In Russ.).Юргенсон Г.А. (1984) Типоморфизм и рудоносность жильного кварца. М.: Недра, 149 с.Weeks R.A. (1956) Paramagnetic resonance of lattice defects in irradiated quartz. J. Appl. Phys., 27 (11), 1376-1381.Ялышева А.И. (2010) Типоморфизм кластогенного кварца из докембрийских отложений Южного и Среднего Урала. Литосфера, (1), 64-83.Weil J.A. (1984) A review of electron spin spectroscopy and its application to the study of paramagnetic defects in crystalline quartz. Phys. Chem. Minerals, 10, 149-165.Passchier S., Uscinowicz S., Laban C. (1997) Sediment supply and transport directions in the gulf of Gdansk as observed from SEM analysis of quartz grain surface textures. Warszawa: Polish Geological Institute.Yalysheva A.I. (2010) Typomorphism of clastogenic quartz from Precambrian deposits of the Southern and Middle Urals. Lithosphere (Russia), (1), 64-83. (In Russ.).Weeks R.A. (1956) Paramagnetic resonance of lattice defects in irradiated quartz. J. Appl. Phys., 27 (11), 1376-1381. Weil J.A. (1984) A review of electron spin spectroscopy and its application to the study of paramagnetic defects in crystalline quartz. Phys. Chem. Minerals, 10, 149-165.Yurgenson G.A. (1984) Typomorphism and ore content of vein quartz. Moscow, Nauka Publ., 149 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.