Titaan-kvartsis geotermobaromeetria (laser) ICP-MS´iga määramise valideerimine ja rakendamine Suursaare kvartsporfüüride näitel [Magistritöö. Juhendaja: E. Verš; kaasjuhendaja J. Kirs]

Käesoleva magistritööga anti ülevaade titaan-kvartsis (TitaniQ) geotermobaromeetri meetodi teoreetilisest taustast ja väljatöötamise spetsiifikast. Meetodi puhul tutvustati tähtsamaid parameetreid (rõhk, titaani aktiivsus), millest sõltub kivimi tekketemperatuuri määramine. Lähemalt kirjeldati Eesti ja seda ümbritseva ala anorogeenseid intrusioone, kuna edasine plaanitav uurimustöö käsitleb piirkonda täpsemalt. Antud töös valiti analüüsitavaks kivimiks Suursaare kvartsporfüür, mis kuulub Viiburi plutooni kompleksi. Töö esimeses etapis viidi läbi eksperiment meetodi valideerimiseks: valiti neli juhuslikku kvartsikristalli (ametüst, mäekristall, diageneetiline kaltsedon ja suitsukvarts), proovid lahustati ja lahjendati ning analüüsiti ICP-MS´iga titaani, raua ja lantanoidide sisaldust. Tulemusena võib kindlalt väita, et kvarsikristallid sisaldavad titaani isegi kuni 100 ppm, enam-vähem samas koguses rauda ja ppb suurusjärgus lantanoide. Teiseks rakendati meetodit Suursaare kvartsporfüüride tekketemperatuuride määramisel LA-ICP-MS´iga. Laserablasioonil kasutati kivimist tehtud õhikut ning määrati titaani sisaldus nii kvartsi fenokristallides kui põhimassis. Titaani sisalduse järgi arvutati kivimi tekketemperatuurid võttes rõhuks 1 kbar ja titaani aktiivsuseks 0,8. Tulemusteks saadud kvartsi tekketemperatuurid jäävad vahemikku 647-739°C, mis on kooskõlas varasemate selleteemaliste uurimustega. Tehtud töö põhjal võib järeldada, et titaan-kvartsis (TitaniQ) geotermobaromeeter töötab ning seda on võimalik edukalt rakendada Eesti piirkonnas asetsevate vulkaaniliste intrusioonide tekketemperatuuride määramisel.

Abstract

Titanium-in-quartz (TitaniQ) geothermometer was first described by Wark and Watson (2006). During recent years there has been many developments concerning this method. The TitaniQ geothermometer was further developed into geothermobarometer (Thomas et al. 2010) by adding pressure dependence into the equation. Current master thesis describes the Titanium-in-quartz geothermobarometer principles, method measurement validation experiment and appliance into the Finnish Gulf crystalline basement rocks. In quartz, titanium substitutes silicon in the crystal structure. The substitution depends on generation temperature and pressure. The quantity of titanium in quartz gives possibility to calculate temperatures in which minerals were formed. Different quartz material (amethyst, smoky quartz, mountain crystal and diagenetic chalcedony) was used in the validation experiment that originates from different, unknown locations. The quartz crystals were digested in ultrapure hydrogen fluoride and nitric acids. The TitaniQ method was applied to natural geological conditions by a sample from Hogland quartzporphyrite at Suursaar Island, an anorogenic Wiborg intrusion from the Fennoscandian Shield. The quantity of titanium in Suursaar quartz phenocrystals and rock matrix was measured with Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry
(LA-ICP-MS). The calculated temperatures are in agreement with the geological background in this area. The generation temperatures of phenocrystals and rock matrix were slightly different. The
range of the matrix temperatures was wider than those of phenocrystals. The results can be explained by the geological structure of Hogland. The bedrock has been formed by two different rock layers: mafic igneous and metamorphic schist´s covered with volcanic rapakivi intrusions. As a result it was concluded that the TitaniQ geothermobarometer is valid and applicable to anorogenic rocks in Estonian nearby area. Further studies are needed to investigate generation temperatures of other anorogenic intrusions in Estonia and nearby vicinities.