При масс-спектрометрическом мониторинге газовыделения идентифицировались следующие соединения: H₂, He, N₂, H₂O, CO, CH₄, CO₂. Определялась скорость газовыделения в режиме непрерывного нагрева образцов в вакууме. Характерной особенностью процесса дегазации на исходных образцах, т.е. образцах длительное время находящихся при нормальных РТ условиях или близких к ним, было быстрое нарастание скорости выделения всех газов до 400-500°С, а затем уменьшение скорости (рис. 4.5, 4.6). Этот пик совпадает с проявлением эндотермического эффекта, обусловленного испарением сорбированной влаги и разложением кристаллогидратов. Характер газовыделения из габбро, кварцита и оливина для различных газов показан на рис 4.7. Заметим, что образование молекул происходит уже н а поверхности материалов, после чего происходит их десорбция.

После насыщения образцов водородом и гелием кинетика выделения газов существенно изменяется. Покажем это на примере оливина. Отметим, что почти монотонная зависимость скорости дегазации сменяется резко немонотонной, точнее прерывистой для большинства контролируемых газов, в том числе для гелия (рис. 4.6, 4.8, 4.9, 4.10). Обнаружены следующие особенности насыщения образцов гелием и водородом и последующей дегазации:

1. Отсутствуют закономерности в кинетике выделения гелия в зависимости от времени насыщения образцов. Увеличение времени насыщения гелием не приводило к росту его концентрации в образцах.

Рис. 4.5. Зависимость скорости выделения водорода и азота из лерцолита, гарцбургита и монгольского оливина от температуры. Водород: 1 - лерцолит, 2 - гарцбургит, 3 - оливин монгольский. Азот: 4 - лерцолит, 5 - монгольский оливин.

Рис. 4.6 Скорость выделения гелия из лерцолита в режиме непрерывного нагрева (10° С/мин). 1 - исходный образец, 2 - обезгаживание, термообработка в гелиевом вакууме в течение 1 часа. 3 - обезгаживание, термообработка в гелии при давлении 0.5 бар в течение 1 часа.

Рис. 4.7 Зависимость от температуры скорости дегазации (CO₂, CO, N₂, H₂, H₂O, He) из различных горных материалов: а - габбро (Исландия), б - шоктинский кварцит, в - монгольский оливин.

200 400 600 800 1000 1200

'Г, °С

в

I0~

10"

Рис. 4.8 Зависимость скорости выделения водорода (1) и азота (2) из монгольского оливина после термообработки в среде гелия ( давление 1 бар, время насыщения 1 час).

3/

см/е е

о 200 400 600 800 1000 1200 Т° С

Рис. 4.9 Зависимость скорости выделения гелия из монгольского оливина. 1 - исходный образец, 2, 3, 4 - после термообработки в среде гелия при давлении 1 бар и времени соответственно 2, 5 и 10 часов.

CM/f С

Рис. 4.10 Скорости выделения водорода и гелия из монгольского оливина. 1,2 - исходные образцы. 3,4 и 5,6 - соответственно после термообработки в среде водорода и гелия. Справа от цифр указан контролируемый массспектроскопически газ.

Причем, превысить концентрацию гелия в исходных образцах не удалось.

2. Скорость дегазации гелия не зависит от температуры. Высокая скорость дегазации наблюдалась также при нормальной температуре.

3. Предварительная дегазация образцов в вакууме не приводит к полному выходу различных газов, в том числе водорода и гелия.

4. Наблюдается "импульсный выброс" газов при дегазации (гелий, водород, азот).

5. Дегазация образцов после имплантации гелия и водорода сопровождается восстановлением начальных структурных параметров. Происходит релаксация возникших напряжений с постоянной времени 3-6 месяцев также при хранении насыщенных образцов в нормальных условиях.

V, см^/г-с

В качестве иллюстрации приведем изменение параметров кристаллической решетки кварцита в нормальных условиях и последующего вакуумирования непосредственно в камере рентгеноструктурного аппарата.

Таблица 4.4

Примечание: hkl - индексы плоскостей, I - интенсивность линий, d - межплоскостное расстояние. Ad = 0.0004 А.

Вакуумирование кварцита привело к деформации его кристаллической структуры примерно на 0.5%. Аналогичные результаты отмечены для оливина и пироксена. Отсюда можно сделать вывод, что уже небольшие вариации концентрации легких газов во флюиде могут способствовать соответствующим вариациям объемов кристаллических структур в литосфере.