Буланов В.А., Сизых А.И. Кристаллохимизм породообразующих минералов

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 3.6

Отношения и коэффициенты корреляции содержаний элементов в гранатах пород раз-

ного состава, генезиса и степени метаморфизма (Крылова и др. 1991)

Основные кристалличе-

ские сланцы (50)

Гнейсы (96) Жильный материал (22)

Параметры

А Г А Г А Г

Ti/Zr

(Ti-Zr)

4,17-41,2

(19,02)

-0,60

3,9-30,0

(11,79)

0,03

1,0-19,09

(5,02)

0,09

3,75-66,0

(5,82)

-0,06

3,75-66,0

(30,38)

0,10

1,2-6,0

(3,62)

0,83

Sc/Y

Sc-Y

0,37-3,2

(0,89)

-0,16

0,14-1,12

(0,50)

0,78

0,14-1,44

(0,57)

0,14

0,13-1,17

(0,54)

0,36

0,22-1,65

(0,73)

0,07

0,40-0,55

(0,46)

0,59

Y/Yb

Y-Yb

3,12-6,66

(4,54)

0,73

3,2-18,18

(6,58)

0,84

2,57-12,8

(7,15)

0,87

3,75-15,2

(7,74)

0,75

2,44-10,0

(5,72)

0,72

5,0-10,0

(6,91)

0,63

MnO TiO

MnO-TiO2

0,75-10,0

(2,44)

0,53

1,83-20,0

(7,43)

-0,19

0,8-125,0

(20,36)

-0,28

1,14-65,0

(11,41)

-0,18

1,0-6,50

(2,61)

0,20

2,22-1000

(17,89)

-0,08

Примечание: А - амфиболитовая фация; Г - гранулитовая фация; в скобках: а) в заголовке - количество проб; б)

в таблице - средние содержания.

Если обратиться к гранатам только гранулитовой фации, то отчетливо выступает раз-

личие рассматриваемого отношения в гранатах из пород разного состава и генезиса. Показа-

тельно, например, различие этого отношения в орто- и параэклогитах. Для сравнения на этот

же график наложены данные по гранатам метаморфизированных основных магматических

пород. Гранаты из них, так же как и гранаты из эклогитов, образуют одно общее поле, что

указывает на их генетическую близость. В гранатах этих пород положительная корреляция

Ti-Zr более слабая, нежели в гранатах параэклогитов.

Характерно также различие значений отношений Ti/Zr в гранатах фемических мета-

соматитов, где они очень высоки, и в гранатах окварцованных пород, где они самые

низкие.

Любопытно распределение титана и циркония в гранатах порфиробласт и зон перекристал-

лизации. За исключением одного образца граната с повышенным содержанием титана, выби-

вающегося из общей закономерности, десять ложатся на одну прямую. Такое закономерное

положение точек для гранатов, образующихся при метасоматической кристаллизации на

поздних этапах метаморфизма, свидетельствующее о достижении системой равновесия, ка-

жется удивительным.

Почти во всех породах титан входит в гранат в количествах значительно превышаю-

щих содержание в нём циркония. Исключением является гранат из окварцованных пород, где

в ряде случаев содержание циркония превышает содержание титана в 1,5-2 раза.

Отношение Sc/Y редко поднимается выше 1,0 и лишь в гранатах некоторых основных

сланцев, эклогитов и

метаморфизованных пород доходит до 2. В подавляющем же большин-

стве случаев содержание иттрия в гранатах в 2-5 раз выше содержания в них скандия. Раз-

личное распределение скандия и иттрия характеризует гранаты жильного материала мигма-

титов разных фаций. В гранатах сланцев отмечается более высокое отношение Sc/Y в амфи-

болитовой фации сравнительно с гранулитовой.

Кроме того, в гранатах сланцев гранулитовой фации скандий и иттрий коррелируют

положительно, а в гранатах тех же пород амфиболитовой фации связь отрицательная – при

значительных вариациях скандия, концентрация иттрия укладывается в весьма узкий предел

(рис. 3.15).

Рис.3.14. Распределение Ti и Zr в гранатах кристаллических сланцев основного состава амфиболитовой

(1) и гранулитовой (2) фаций, жильного материала мигматитов амфиболитовой (3) и гранулитовой (4) фаций,

основных ортопород (5). Параэклогитов (6) и ортоэклогитов (7) и порфиробластов и зон периклисталлизации

(8) (Крылова и др., 1991)

Рис. 3.15. Распределение Sc и Y в гранатах основных кристаллических сланцев амфиболитовой (1) и

гранулитовой (2) фаций, магнезиально–глинозёмистых пород (3), жильного материала мигматитов амфиболи-

товой (4) и гранулитовой (5) фаций (Крылова и др., 1991)

Что же касается гранатов жильного материала мигматитов, то для условий гранулито-

вой фации отношение Sc/Y более низкое, чем для амфиболитовой фации. Кроме того, грану-

литовые гранаты этой группы пород ложатся в очень узкое поле с положительной корреля-

цией между скандием и иттрием. Гранаты же амфиболитовой фации рассеиваются в широ-

ком поле. По распределению этих элементов гранаты гнейсов различных фаций значимо не

различаются.

Среди пород гранулитовой фации наиболее широкие вариации отношения Sc/Y ха-

рактерны для гранатов метаморфизированных основных ортопород, а также порфиробласт и

зон перекристаллизации. Наиболее же однообразно распределение скандия и иттрия в грана-

тах кварцевых метасоматитов.

Характерную картину даёт распределение иттрия и иттербия. Эти элементы во всех

гранатах связаны очень тесно, с высокими коэффициентами корреляции (рис.3.16). При зна-

чительных вариациях средние отношения Y/Yb в гранатах разных пород в большинстве слу-

чаев близки. В среднем содержания иттрия в гранатах превышают содержание иттербия в 5-8

раз. Наиболее значительны вариации отношения в гранатах фемических метасоматитов;

наиболее же постоянно оно в гранатах параэклогитов. При сравнении гранатов одноимённых

пород видно всегда более высокое отношение Y/Yb в гранатах гранулитовой фации, что объ-

ясняется их повещенной иттриевостью.

Рис.3.16. Распределение Y и Yb в гранатах магнезиально-глинозёмистых пород (1) и основных кри-

сталлических сланцев (2) гранулитовой фации, интрузивных гранитов (3), жильного материала мигматитов ам-

фиболитовой (4) и гранулитовой (5) фаций, порфиробластов и зон перекристаллизации (6) (Крылова и др.,

1991

)

Распределение марганца и титана характеризуется широкими вариациями в гранатах

разных пород и метаморфических фаций. Меняется также и вид связи Mn - Ti. В гранатах

кристаллических сланцев основного состава в амфиболитовой фации марганец и титан свя-

заны положительной корреляцией, а в гранатах тех же пород гранулитовой фации эти эле-

менты практически не коррелируют (рис.3.17).

Рис.3.17. Распределение Mn и Ti в гранатах кристаллических сланцев основного состава амфиболито-

вой (1) и гранулитовой (2) фаций, парараэклогитов (3) и кварцевых фемических метасоматитов (4) (Крылова и

др., 1991).

Что касается гранатов других пород, то сильная прямая связь Mn - Ti устанавливается

только в гранатах параэклогитов и метасоматических пород. Слабая отрицательная корреля-

ция отмечается в гранатах порфиробласт и зон перекристаллизации.

Марганец входит в гранат в количествах, в несколько раз более высоких, чем титан.

Если сравнивать в этом отношении гранаты двух фаций, то определенно выраженной тен-

денции нет. Наиболее же широкие вариации отношения MnO/TiO

обнаружились в гранатах

гнейсов амфиболитовой фации. В них известны спессартиновые гранаты с содержанием

MnO до 6% при TiO

менее 0,2% и в гранатах жильного материала мигматитов гранулитовой

фации. В этих гранатах, при содержании TiO

0,02-0,03 %, содержание MnO достигает 2,0-

2,2 %. Следует обратить внимание на то, что сравнительно высокие для этого минерала со-

держания титана (0,75-1,0% TiO

) отмечаются в гранатах именно амфиболитовой фации, то-

гда как в биотитах и роговых обманках более высокие содержания титана наблюдаются в

породах гранулитовой фации.

В некоторых группах пород отношение MnO/TiO

в гранатах изменяется незначи-

тельно. Для амфиболитовой фации - это гранаты кристаллических сланцев основного состава

и гранаты жильного материала мигматитов. В этих гранатах, содержания MnO превышают

содержания TiO

в среднем в 2,5 раза. В гранулитовой фации сравнительно постоянное от-

ношение MnO/TiO

отмечается в гранатах основных ортопород, орто - и параэклогитов, а

также фемических метасоматитов - в них содержания MnO в гранате превышают содержания

TiO

в среднем в 1,5 - 3 раза.

В порядке убывания концентраций малые элементы в гранате располагаются в такие

схематические ряды: в породах амфиболитовой фации - Mn > Ti > Y > Cr > Sc > Zr > V > Yb;

в породах гранулитовой фации - Mn > Ti >Y > Cr > V > Zr > Sc >Yb >Ni.

3.5. Задания для самостоятельных работ

Для закрепления степени усвоения изложенного материала предлагается 30 вариантов

контрольных заданий, приведённых в таблице 3.7. От выполняющего эти задания требуется

следующее:

1. Произвести расчёт и написать кристаллохимическую формулу граната.

2. По вычисленным коэффициентам кристаллохимической формулы рассчитать и за-

писать минальный состав гранатов.

3. Определить условия образования данного граната.

Таблица 3.7

Варианты контрольных заданий по расчёту гранатов

№ SiO

TiO

FeO MnO MgO CaO Na

O K

O Cr

1 39.15 0.06 20.50 1.88 29.45 0.70 6.95 1.40 - - -

2 38.03 0.43 19.17 6.04 30.17 1.10 3.27 1.10 - - -

3 35.60 0.89 20.41 2.00 28.29 0.55 6.81 4.87 - - -

4 40.10 0.09 22.72 0.30 22.43 0.33 11/05 2.70 - - -

5 38.40 0.40 19.05 3.24 23.18 6.10 8.60 0.40 - - -

6 38.10 0.08 20.33 2.32 21.05 9.92 1.32 13.88 - - -

7 38.45 0.20 21.03 - 27.11 1.24 3.09 8.99 - - 0.01

8 38.1 - 0.40 11.31 - - - 37.70 - - 14.20

9 37.10 - 13.50 - 1.30 2.50 0.20 35.10 - - 11.50

10 32.12 - 21.36 - 29.50 6.35 2.48 1.62 - - -

11 38.74 - 21.06 - 26.57 9.55 2.39 2.84 - - -

12 37.04 - 20.21 - 25.71 11.87 3.58 2.01 - - -

13 41.67 0.50 16.57 1.15 27.3 5.82 5.60 1.68 - - -

14 37.27 - 17.80 4.19 32.34 3.74 3.57 0.67 - - -

15 37.44 0.76 21.20 1.39 17.64 11.35 0.58 10.04 - - -

16 37.42 0.32 21.28 0.20 29.16 2.55 3.72 6.00 - - -

17 37.05 0.02 21.56 1.36 29.96 1.43 6.88 1.74 - - -

18 39.90 0.12 21.38 1.81 29.68 1.22 4.93 1.12 - - -

19 40.00 0.23 20.10 1.24 31.16 0.65 4.27 1.96 - - -

20 38.54 0.30 20.37 3.13 29.52 1.63 4.04 3.12 - - -

21 37.87 0.08 21.56 - 30.67 0.79 7.00 1.39

22 37.98 - 21.01 - 31.64 1.23 5.93 2.28 - - -

23 37.08 0.15 20.83 1.90 27.49 9.64 2.12 1.08 0.02 0.06 -

24 36.60 0.19 20.74 1.40 32.96 5.12 1.98 1.13 0.02 0.01

25 37.40 0.06 20.14 0.61 31.00 6.13 2.49 1.41 - - -

26 37.23 0.01 20.67 1.19 32.80 1.83 5.03 1.30 0.02 0.03 -

27 36.11 0.06 20.88 4.08 34.52 1.30 2.39 0.70 0.o3 0.02 -

28 38.11 0.07 19.65 1.74 29.32 8.63 1.03 0.86 - - -

29 36.40 0.07 20.68 1.35 27.67 12.04 0.32 0.74 - - -

30 36.51 0.02 20.79 1.27 29.31 10.20 0.98 0.98 - - -

3.6 Контрольные вопросы.

1.Характеристика общей формулы гранатов?

2. Номенклатура минералов группы гранатов?

3. Особенности расчёта кристаллохимических и минальных формул гранатов?

4. Особенности написания кристаллохимических формул гранатов?

5. Характеристика наиболее распространённых серий гранатов?

6. На какие миналы рассчитываются гранаты?

7. Диаграммы, характеризующие состав гранатов?

8. Характерные изоморфные замещения в гранатах? Их особенности?

9. Диаграммы, характеризующие генезис гранатов?

10. Влияние условий образования на генезис гранатов?

11. Особенности распределения в гранатах малых элементов?

4. ТИПОХИМИЗМ ПИРОКСЕНОВ

4.1. Классификация пироксенов

Группа пироксенов объединяет большое количество важных породообразующих ми-

нералов, близких между собой по кристаллографическим и физическим свойствам, а также

по химическому составу. Общую формулу пироксенов можно представить в следующем ви-

де:

1-p

(B,C)

1+p

;

где A=Ca,Na; В=Mg,Fe

,Mn,Ni,Li; C=Al,Fe

, иногда, Cr,Ti, V; Z=Si, Al, изредка Ti,

, а p меняется от 0 до 1.

Главные черты структуры пироксена показаны на рис.4.1 на этом рисунке кремнекис-

лородные цепи видны в проекции с их торцов. С тем, что каждая цепь имеет переднюю

(вершины тетраэдров) и заднюю (их основания) стороны, связано образование между ними

двух типов пространств. Пространства между основаниями соседних тетраэдров имеют

большие размеры, называемые позициями М2, меньшие полости между вершинами называ-

ются позициями М1.

В приведённой формуле А обозначает Ca, Na и Li в позиции М2; B - обозначает

,Mg,Mn,Ni в позициях М2 и М1; С - Al, Fe

, Cr, Ti в позиции М1; и Z - Si и Al в тетра-

эдрах.

Рис. 4.1. Структура пироксена с ординарными

силикатными цепочками, изображёнными с торца.

Показано приблизительное положение позиции М1 и М2

Колебания в химизме и структуре

пироксенов обусловлены заполнением

катионных позиций и тем, что цепочки

тетраэдров могут укорачиваться и удлиняться за

счет вращения отдельных тетраэдров. Это

наглядно видно на рис.4.2. Более того, соседние

цепочки могут испытывать продольное

смещение относительно друг друга, а также в

разной степени скручиваться. Химические и

структурные вариации взаимозависимы, и тип

цепочки определяется природой катионов.

Прежде чем обсуждать распределение

катионов в пироксенах, целесообразно обрисо-

вать, каким образом основная структура

реагирует на изменения температуры,

поскольку это в значительной степени определяет поведение пироксенов при охлаждении.

При этом размер кремнекислородных тетраэдров на всем интервале температур от комнат-

ных до ~1000

С остаётся неизменным. Что же касается позиции М1 и М2 в структуре пирок-

сена, то они значительно увеличиваются в размере, обычно более быстро расширяются пози-

ции М2. Так как “инертные” тетраэдры должны согласовываться с расширением М-позиций,

возникает структурное несоответствие, которое компенсируется растяжением силикатных

цепочек (за счёт увеличения угла на рис.27, или отклонением тетраэдров от первоначальной

плоскости).

Рис. 4.2. Пара ординарных цепочек пироксена, вид сбоку: а – цепочки сравнительно прямые, как в ди-

опсиде; б – цепочки искревлены за счёт вращения отдельных тетраэдров

Таким образом, при высоких температурах цепочки становятся более выпрямленны-

ми, а катионные позиции - более крупными, чем при низких. Эта связь между скручиванием

цепочек и размером позиций налагает некоторые ограничения на величину возможного

скручивания, когда сравнительно большой катион, например Ca

или Na

занимает более

крупную позицию М2. Присутствие Ca

является значительной помехой для сокращения

цепочек при снижении температуры. Увеличение степени скрученности цепочек приводит к

уменьшению числа атомов кислорода, окружающих катион в позиции М2, так как поворот

тетраэдров изменяет расстояние между атомами кислорода и центром позиции М2. Так, ко-

гда позицию М2 занимает Ca

он окружён восемью атомами кислорода. Если же эту пози-

цию М2 занимает меньший ион Fe

, координационное число даже при высоких температу-

рах снижается до шести. В позиции М1 катион всегда окружён шестью атомами кислорода.

Структуру, схематически изображённую на рис.26 с практически прямыми цепочками

(рис.4.2), можно принять за типовую структуру, из которой скручиванием или перемещени-

ем цепочек выводятся структуры других пироксенов. Такую типовую структуру имеет ди-

опсид CaMg[Si

] с ионами Ca

в позиции М2 с восьмерной координацией и Mg в позиции

М1 с шестерной координацией. Диопсид обладает моноклинной элементарной ячейкой, и

пироксены, производные этой структуры, образующиеся с помощью катионных замещения и

скручивания цепочек, известны как клинопироксены. В пироксенах, содержащих в обеих по-

зициях М1 и М2 катионы малого размера, при

низких температурах возможна дальнейшая

более радикальная реорганизация. Взаимное расположение цепочек может изменяться за

счёт продольного смещения их относительно друг друга (рис.4.3). Выведенная таким обра-

зом новая элементарная ячейка является ромбической и по оси a приблизительно вдвое пре-

вышает предыдущую ячейку. Пироксены такого типа известны как ортопироксены.

Изменение пространственной группы и нарушение симметрии структуры может быть

связано не только со смещением Si

-цепочек относительно друг друга, преимущественно

вследствие замещения катионов внутри позиции М1 или М2, или упорядочивания в распре-

делении катионов в М1 и М2, но также с искажением Si

-цепочек вследствие изоморфиз-

ма между элементами в позиции Z.

Рис. 4.3. Структура пироксенов: а – схематизированная проекция структуры энстантита на (001), 1 –

атомы Si, 2 – атомы кислорода, 3 – атомы металла, 4 – центры симметрии; б, в – структуры клиноэнстантита и

энстантита в проекции на (010) с выделенными элементарными ячейками, иллюстрирующие переход от моно-

клинных пироксенов к ромбическим; г – сочленение Si

– с AlO

и NaO

– полиэдрами в жадеите

В конечном счёте цепочечные силикаты, в состав которых входят пироксены, в зави-

симости от состава катионов и внешних условий могут кристаллизоваться в трёх сингониях -

ромбической, моноклинной и триклинной. Таким образом, колебания в составе пироксенов

чутко улавливаются и отражаются их структурой, что наглядно видно из анализа соотноше-

ний важнейших компонентов в

ромбических, моноклинных и триклинных цепочечных сили-

катах (табл.4.1).

Таблица 4.1

Зависимость между распределением основных компонентов по

структурным позициям и структурой цепочечных силикатов

Позиция Ромбическая Моноклинная Триклинная

M1(B) обычна обычна нет

M1(C) редка обычна нет

M2 нет обычна обычна

(Si

) ((Si,Al)

) (Si

)

, (Si

)

10-