Ленточные силикаты

АМФИБОЛЫ
(Ca,Na,K)2-3(Fe,Mg,Mn,Li,Ti,Al)5[Al,Si]8O22[OH,F,Cl]2
или
X2-3Y5Z8O22(OH, F, Cl)2
Амфиболы - соли гипотетической метакремниевой кислоты
H16Si8O24. Их структура определяется соединенными в цепи AlSi тетраэдрами. Но они вдвое шире чем «пироксеновые цепи» и
их называют лентами. Отсюда – ленточные силикаты.
Кристаллизуются они как в ромбической, так и в моноклинной
сингониях. В бедных Са, Na, и K амфиболах позиция Х в
основном занята Fe2+, Mg, Mn:
(Mg,Fe,Mn,Li,Ti,Al)7[Al,Si]8[OH,F]2O22
или
FemMg5+n-mAl4-2nSi6+n(OH)2O22
При m  0,4 и n  1.8, т.е. при составе амфибола:
(Fe2,72-6,8Mg0-4,8)6,8Al0,4Si7,8(OH)2O22
происходит фазовый переход из ромбической сингонии в
моноклинную.
Не счесть существующих классификаций амфиболов.
Некоторые авторы выделяют более 250 миналов. Этим
классификациям посвящены целые монографии. При
Международной минералогической ассоциации существовала
даже рабочая группа по классификации амфиболов. Мы же
примем самую простую классификацию, основанную на составе
позиции Х в общей формуле амфиболов X2-3Y5Z8O22(OH)2:
(1) Группа куммингтонит-антофиллита (позиция Х занята
Fe2+ и Mg).
(2) Группа роговой обманки (позиция в основном Х занята Са,
отчасти щелочами).
(3) Группа щелочных амфиболов (позиция Х занята Na).
Однако не все так просто. В группу Х одновременно могут
входить разные, даже разновалентные катионы (см. формулу). Так
что выделенные группы весьма условны и часто связаны между
собой постепенными переходами.
АМФИБОЛЫ
Бедные Са (СаО < 5 мас.%)
Ромбические
Са-Na-K (CaO > 5 мас.%)
Моноклинные
Антофиллит-жедрит
Куммингтонит-грюнерит
Щелочные амфиболы:
Глаукофан
Рибекит-магнезиорибекит
Катафорит - Mg-катафорит
Рихтерит – Fe-рихтерит
Экерманит
Арфведсонит
Роговые обманки:
Актинолит, тремолит,
Паргасит – ферропаргасит
Эденит-ферроэденит
Чермакит-феррочермакит
Простейшая
классификация
амфиболов
Cher
Act,Tr
0.8
Ca/(Ca+Na+K)
Ed
Pg
0.6
0.4
Rich
0.2
Rbk
Ktp
Ek,Arf
0.05
0.10
0.25 0.30
Gln 0.20
Al/(Al+Fe+Mg+Mn+Ti+Si)
Классификация амфиболов по проявлению гетеровалентного
изоморфизма. Сплошные линии оконтуривают поля смесимости трех
миналов. Пунктирная линия отделяет группу щелочных амфиболов
от Ca-K-Na-амфиболов.
Однако прежде, чем рассмотреть эти группы амфиболов,
необходимо разобраться в их структуре. А она не простая.
Особенно в отношении координации атомов в формуле
X2Y5Z8O22(OH)2. Поскольку в амфиболах существует
фазовый переход, то следует ожидать явления упорядочения
его структуры. Действительно в координациях X и Y
методом рентгеновского анализа установлено четыре
структурных позиции. Они могут быть заняты атомами Mg,
Fe, Al, Ca, Na, K, Li. В простейшем случае, например, CunGrn, сумма Mg+Fe = 7, а их распределение по
структурным позиция такое:
Позиции
M1
M2
M3
M4
Распределение 2/7
2/7
1/7
2/7
Причем XFeM4>XFeM3XFeM1>XFeM2.
Такая упорядоченность атомов в структуре минералов
привела к идее (Перчук, 1967) создания одноминеральных
термометров вообще и «амфиболового термометра», в
частности. В дальнейшем такой термометр был откалиброван
экспериментально (Seifert & Virgo, 1975):
103/T(oK) = 0.18 – 0.52lnKD,
где KD – коэффициент распределения Mg и Fe между
структурными позициями – имеет такое выражение:
KD=[XFeM1,2,3][1-XFeM4]/[1-XFeM1,2,3][XFeM4].
Для определения XFe в каждой структурной позиции
необходимо использовать месбауэровскую
спектроскопию, либо рентгено-структурный анализ.
Поэтому судьба не уготовила им даже краткую жизнь: их
вытеснили двуминеральные термометры, использование
которых основано на микрозондовом анализе.
Ромбические амфиболы ряда жедрит-антофиллит.
Они характеризуются следующими миналами:
Минал
Антофиллит (Ant)
Формула
Mg7Si8O22[OH]2
Fe-антофиллит (Fe-Ant)
Fe7Si8O22[OH]2
Жедрит (Ged)
Mg5Al4Si6O22[OH]2
Fe -жедрит (Fe-Ged)
Fe5Al4Si6O22[OH]2
По характеру изоморфизма эти амфиболы схожи с хлоритами и
биотитами: 3(Fe,Mg) 2+ <=> 2Al3+.
Границы устойчивости Mg-антофиллита определяются реакцией:
Mg7Si8O22(OH)2 = 7MgSiO3 + SiO2 + H2O,
т.е. Ant = 7En + Qtz + H2O
Реакции:
Ant + Fo = En + H2O
Ant = En + Tlc + H2O
Ant = Tlc + Fo + H2O,
А реакция 0.75H2Mg7Si8O24 + SiO2 + H2O = 1.75H2Mg3Si4O12,
т.е. Ant + Qtz + Tlc + H2O
определяет устойчивость антофиллита с кварцем:
P S, кбар
tz
+Q
EnAnt
En Fo
t+
Q tz
An t+
Ta
600
Стабильность амфиболов, не содержащих
Ca, Na и Al, по экспериментальным данным
(Перчук, Рябчиков, 1976).
An
2
En +
Ta
An t
An t
Ta+ Fo
4
PH2O=1 кбар
tz
En F o
+
Ta
6
+Q
En
Ta
8
650
700
Температура, oC
750
FeSi<=>AlAl
MgSi<=>AlAl
Основанный на изоморфизме FeMg и (Fe,Mg)Si2Al
твердый раствор Ath-Ged представлен широким спектром
составов в отношении глиноземистости. Однако Fe-Mg
изоморфизм ограничен.
Mg-Ged
Fe-Ged
Cum-Grn
Mg-Ath
Fe<=>Mg
Fe-Ath
Распрстранённость Ath-Ged
твердого раствора в природе
по данным Раббитта (Rabbitt,
1948) и его соотношение с
Cum-Grn моноклинным
амфиболом (Seki, Yamasaki,
1957)
K.Шюрманн (Schürmann, 1964) экспериментально определил
соотношение полей стабильности антофиллита и жедрита в
системе MgO-FeO-Al2O3-SiO2-H2O. Он показал, что Ath c XMg<
0.35 и Cum c XMg > 0.65 неустойчивы ни при каких значениях Т.
Температура о С
.
700
Ath
Ath+Cum
600
Cum
Стабильность антофиллита и
куммингтонита в зависимости
от температуры при Р=2 кбар
(по Schürmann, 1964).
500
400
Mg
0.2
0.4
0.6
0.8
Fe
.
Вместе с тем, с развитием микрозондовых исследований стало
ясно, что вхождение Al в структуру Ant сопровождается
возрастанием Na и К. Причем между этими параметрами
состава наблюдается прямая корреляция. Вот два примера:
1.0
Na+K
0.8
Pg
Robinson et al. ,1971
0.6
ля
до
0.4
й
лле
е
м
ла
0.2
0.0
0.0
Ath
А
0.4
0.8
1.2
1.6
Ant-Jed твердый раствор
0.6
Na в позиции А
Ed
2.0
Тетраэдрический Al Ged
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.5
1.0
Al VI
Корреляция суммы щелочей и тетраедрического алюминия (AlIV) в
ламеллях антофиллита в жедрите из метапелитов Нью Хэмпшира и
Массачусетса, США (рис. А) и Антарктиды (рис.Б ).
1.5
При относительно низкой температуре происходит распад
твердого раствора ромбических амфиболов на Ant и Ged.
Возникают ламелли одного амфибола в другом. Обычно они
достаточно крупные для микрозондового анализа. Вот пример из
штатов Массачусетс и Нью Хэмпшир (США)
o
Температура C
Модельная диаграмма
температура-состав
для системы Ath-Ged,
выведенная на основе
микроанализа амфиболов
из метапелита
(Robinson et al., 1971)
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
Тетраэдрический Al
2.0
Сосуществующие амфиболы
В природе встречаются не только двух-, но и трехамфиболовые ассоциации. Например, в амфиболите из
Кривого рога помимо Crd и Pl96 установлены два бедных
Са амфибола
Mg/(Mg + Fe)
Al(в формуле)
Cum
0.74
0.37
Ath
0.78
0.91
и одна обыкновенная роговая обманка. Это поразительные
ансамбли: высококальциевые роговые обманки и основные
плагиоклазы ассоциируют с Ged и Ant.
В метапелитах из штатов Массачуссетс и Нью
Хэмпшир (США) помимо ромбического Ath и моноклинной
Hbl встречается жедрит (Ged). Вот соотношения их
составов:
Hbl
2-3
0.8
30X 101A
G B9 X
2-5
A J87D
2-1
2-2
2+
(Ca/Ca+R ) в М4
Act
0.4
0.0
0.0
Ath
0.4
0.8
1.2
Тетраэдрический Al
1.6
Взаимные твердые растворы
в системе Act-Hbl-Ath-Ged.
Конноды соединяют составы
сосуществующих роговых обманок
с антофиллитом и одну ассоциацию
Ath+Ged.
Сос тавы А и В - первичная и
вторичная Hbl, соответственно,
в одном образце метапелита
2.0 (Robinson et al., 1971).
Ged
Моноклинные амфиболы
Твердый раствор куммингтонит (Cum) – грюнерит (Grn)
Теоретически этот твердый раствор не должен содержать Са.
Но в природных куммингтонитах, в позиции М4 почти
всегда присутствует примесь Са. Нам предстоит найти
объяснение полиморфизму амфиболов и, как следствие,
систематическому сосуществованию его разновидностей. С
этой целью Камерон (Cameron, 1970) изучил систему
Ca7Si8O22(ОН)2 –Mg7Si8O22(ОН)2 – Fe7Si8O22(OH)2 при
давлении 2 кбар. Результаты позволили ответить на
некоторые из поставленных выше вопросов. В частности –
на вопрос о сосуществовании Cum-Grn амфиболов с
ромбическими амфиболами. Вот его результаты:
Ca7Si 8O23
(Cameron, 1970)
Opxss +Qtz
Athss+ Cumss +Opxss +Qtz
Cum ss+Opxs s+Qtz
Температура, oС
800
РН 2О =2 кбар.
(а)
Cpxss +Qtz
Act+
Cpxss+ Qtz
ss
Acts s
Actss
+
Cums s
Cums s
Cum ss+Ant ss
Mg7 Si8O23
Act ss
+ Cum s s
Cums s +
+ Cpxs s
Cpx ss +
+ Qtz
Qtz
Athss+Opxs s+Qtz
700
Cumss+Cpx ss+ Opx ss+Qtz
Cumss+Cpx ss+Qtz
Act ss +Cums s+Cpx ss+Qtz
Athss
+
Cumss
600
Cpxs s+Opxs s +Qtz
Ac tss +Cpxss +Qtz
?
Cumss
Actss
Actss +Cums s
500
?
?
(б)
A thss
Antss
Fe 7Si 8O23
0
20
40
60
Актинолит, мол.%
80
100
При постановке опытов Камерон учел результаты К.Шюрмана
и фазовые соотношения в диапазоне составов Hbl 0.35
>XMg>0.65 (см. диаграмма а). Из его результатов следует, что
фазовый переход Ath в Cum обусловлен вхождением Са в
позицию М4 группы катионов Х (диаграмма б).
10
G
e
800 C
0.9
o
0
80
C
100
O
0
C
O
aFe
aMg
O
10 0
0 OC
0.7
O
10 0
10
-10
C
0.5
O
0
80
-20
Hm
O
0
80
Gm
C
0.1 0.3 0.5 0.7 0.9
XFe
0.1 0.3
0.5 0.7 0.9
XFe
O
C
10 0 OC
80
0
-30
C
0.3
-40
C
0.1
0.1
0.3
0.5
0.7
0.9
XFe
Термодинамические свойства смешения в твердом растворе Cum-Grn
(Ghiorso, 1998)
Куммигтонит нередко развивается по ортопироксену, а в
железистых породах – по оливину, часто в присутствии кварца.
Такие породы встречаются во многих метаморфических комплексах
мира (породы гранулитовой и амфиболитовой фаций).
6
Cum+Opx+Qtz
Давление, кбар
90
5
Предел стабильности
куммингтонита с оливином
(Ol) и ортопироксеном (Opx)
в в присутствии кварца как
функция давления воды и
железистости Cum.
85
80
4
60
75
70
50
3
40
Cum+Ol+Qtz
2
0
660
10
20
30
680 700 720 740 760 780 800
o
Температура, С
Цифры на изоплетах –
мольный процент грюнерита
в твердом растворе Cum-Grn
ЩЕЛОЧНЫЕ АМФИБОЛЫ
В щелочных амфиболах Ca/Na = 0-0.5. Из-за избытка катионов их
формулы иногда приходится рассчитывать на 23 кислорода:
Глаукофан:
Na2Mg3Al2Si8O22(OH)2
Рихтерит:
(Na2Ca)3(Mg, Fe2+)5Si8O22(OH)2
Арфведсонит:
(Na2,5Ca0,5)3(Mg,Fe2+,Fe3+,Al)5(Al0.5Si7.5)8O23(OH)2
Рибекит:
Na2(Fe2+,Mg)3(Fe3+)2Si8O23(OH)2
Катофорит:
(Na2Ca)3(Mg, Fe2+)4(Fe3+,Al)(Al1Si7)O23(OH)2
Экерманит:
Na2.5Ca0.5(Mg,Fe3+,Al,Li)5(Al0.5Si7.5)O23(OH)2
Изоморфизм
Составы
Ca(Mg, Fe2+)Na(Al, Fe3+) Gl - Rbk, Ek - Arf
NaAl  Si
Все (слабый)
Ca  2 Na
Rbk  Rich Gl
Fe3+  Al
Gl Rbk, KtpArf
Fe2+  Mg
Все
1
0.5(Fe,Al) 2O 3

2
3
?
af-Rbk
?
Rbk
f-Arf
(Fe,Mn)O
Составы амфиболов из щелочных
гранитов (1), нефелиновых сиенитов
и щелочных сиенитов (2), карбонатитов
и других щелочнокарбонатных пород (3)
(Перчук, Рябчиков, 1976).

  
   


m-Rbk
m-Arf
MgO
Моноклинные Ca-Na–K амфиболы
Роговые обманки (СаО>5 масс. %) имеют теоретическую
формулу: Ca2Mg5-nFenSi8O22(OH)2. В тремолите n=0-1,
в Fe-актинолите n=4-5, в актинолите n=1-4
Встречаемость:
измененные перидотиты, амфиболиты, доломиты,
мраморы, зеленые сланцы, железистые кварциты.
Устойчивость:
Ca2Mg5Si8O22(OH)2= 2CaMgSi2O6+3MgSiO3+SiO2+H2O
или
Tr = 2Di + 3En + Qtz + H2O
Ca2Fe5Si8O22(OH)2= 2CaFeSi2O6+1.5Fe2SiO4+2.5SiO2 + H2O
или
Fe-Act = 2Hеd + 1.5Fa + 2.5Qtz + H2O
Смесь множества миналов на основе актинолитовых и
щелочных амфиболов дает обыкновенную роговую обманку:
(Ca,Na, K)2-3(Mg,Fe2+, Fe3+, Ti,Al)5(Al1-2,Si7-6)O22 (OH, F, Cl)2
либо базальтическую (в основных вулканических
породах) с (Fe3+/ Fe2+)  0.66
Ca2(Na,K)0.5-1(Mg,Fe2+)3-4(Al,Fe3+)2-1(Al2Si6)8O22(O,OH,F,Cl)2,
которая отличается от обыкновенной не столько по составу,
сколько по оптическим свойствам. При нагревании любая
Hbl переходит в базальтическую.
Для петрологических построений нередко
оказывается полезным условный минал (в природе он не
встречается) амфибола чермакит
Ca(MgnFe3-n)3(Al,Fe3+)2(Al2Si6)O22(OH)2
В субвулканических и вулканических породах
повышенной щелочности нередко встречается
керсутит
Ca2(Na,K)(Mg,Fe2+,Fe3+)4(Ti)1(Al2Si6)(O23)(O,OH,F,Cl)2
В интрузивных щелочных породах встречается
баркевикит (ХMg<0,5):
Ca(Na,K)(Fe2+,Mg,Mn,Fe3+)5(Al1.5Si6.5)O22(OH,F)2
В долеритах Ю. Сахалина баркевикит ассоциирует с Pl
и Cpx, кристаллизуясь по такой схеме (Yagi,1953):
баркевикит=>керсутит=>гастингсит=>арфведсонит
В самых разнообразных метаморфических и
магматических породах можно встретить
феррогастингсит
NaCa2(Fe,Mg)4(Al,Fe3+)(Al2Si6)O23(OH,F,Cl)2
эденит
NaCa2(MgnFe5-n)5(AlSi7)8O22(OH,F)2
паргасит:
NaCa2(Mg,Fe)4.5(Al0.5)(Al1.5Si6.5)8O22(OH,F)2
Паргасит отличается от феррогастингсита содержанием
Al, являясь промежуточным по составу между эденитом
и гастингситом. Все эти роговые обманки встречаются
преимущественно в магматических породах.
1.0
Act
Ts
Ca/(C a+Na+K)
0.9
0.8
0.7
Par
Ed
0.6
0
0.1
0.2
0.3
Al/(Al+Si+Ti+Mn+Fe+Mg)
Законмерное изменеие состава роговых обманок
из пород байкальского разреза Шарыжалгайского
комплекса в координатах Х Ca-X Al.
Магнофорит - высококалиевый амфибол, богатый Mg,
Ti и бедный Fe, Al. Впервые он был обнаружен в в
лейцитсодержащих лампрофировых дайках района
Кимберли, Австралия (Prider,1939). Формула
магнофорита имеет вид:
(K1.05Na1.02Ca1.07)3.14(Mg4.6Mn0.01Fe2+0.29)4.9Ti0.32
(Si7.58Al0.29Fe3+0.07Ti0.06)8O22(OH0.45F0.59O0.96)2.
Впоследствии выяснилось, что эти дайки ассоциируются
с лампроитами, в которых обнаружены крупнейшие в
мире месторождения алмаза (например, трубка Аргайл).
Так что магнофорит может служить своеобразным
индикатором алмазоносности.
.
VI
Al =1.25
70
4
VI
Al =1.25
V , cм /моль
VI
-0
VI
Al=1.0
3
Al =0.75
60
e
3
V, cм /n/моль
.
Al=1.0
-4
VI
Al =0.75
VI
Al =0.5
-8
VI
Al =0.5
50
Fe-Hs
VI
Al =0.25
0.5
-12
Pg
Fe-Hs
VI
Al =0.25
0.5
Объем смешения роговых обманок
Pg
.
.
28
Al
) В Hbl
(Y+Z
26
500oС
600oС
Смещение изоэлектрической
точки Al в амфиболах из
миаскитов Ильменогорского
комплекса (Южный Урал) по
аналитическим и
геотермометрическим
данным
24
22
20
18
16
Миаскиты
14
0. 4
0. 5
0. 6
в Hbl
Na+K
(Na+K+Ca
)
.
Устойчивость роговых обманок
40
P H2O =1 кбар
10
N e+ A
+H 2O
n+S pl
Рs , кбар
o+
Di + F
промежуточные паргаситы
Hc+An
2
Fe SiO
-A 2 +
ct
H
2 O
H)
10
4
+F
a+
Hd +Fa
+N e+
.
He
d
F e-Ha
s
амфиболовый
лерцолит
6
O
+H 2
Si O 2
n+
лерцо лит
Tr
20
8
E
Di +
30
т (O
2
ли
но O 2
ти Si 8
ак +)n
ив g 1
йч M
то e 4 -n
Ус a 2(F
C
Давление воды, кбар
гра нат овый
лерцолит
.
2
Plлерцолит
600
800
1000
1200
Температура, оС
Устойчивость
роговообманкового лерцолита
на диаграмме температурадавление воды (Kushiro, 1968)
200
400
600
800
1000
o
Температура, С
Стабильность некоторых кальциевых
амфиболов в зависимости от Т и Рs при
давлении воды 1 кбар