книги из ГПНТБ / Кумеев, С. С. Структурная дифрактометрия полевых шпатов

ким истолкованием структурных типов и позволяет рассмат­ ривать естественные образцы в природных ассоциациях, со­ ставные части которых наиболее полно соответствуют динами­ ке изменения структур. Эти ассоциации представляют собой серин, образующие непрерывные ряды твердых растворов: высокий альбит — высокий саиидип, высокий альбит — сани­ дин, низкий альбит — ортоклаз, низкий альбит — мпкроклин (Таттл, 1956; Днр и др., 1966),

Серия «высокий альбит —• высокий санидин» является не-

11

Ри с . 3. А. Элементарная ячейка полевого шпата. Б. Схематическое изображение структуры полевого шпата (Megaw, 1964),

12

прерывным твердым раствором с изменением симметрии от триклинной к моноклинной при содержании Or — составляю­ щей более 37%. Серия «высокий альбит — санидин» подраз­ деляется на анортоклазы (Ог ■— составляющая <37%) и са­ нидины (Ог>37%), причем в интервале составов Ог25 — Ог6о сосуществуют несм,ешивающиеся калиевые и натриевые фазы, образующие анортоклаз — и санидин — криптоперититы. Натриевая фаза в этом ряду может иметь примесь кальция. Серия «низкий альбит — ортоклаз» в основном состоит из несмешивающихся, часто весьма грубых фаз. Содержание Or — составляющей от 85 до 100% в этой серии соответствует гомо­ генным членам, при Ог2о — Orss члены ряда являются микропертитами; а при Ого — Ог2о обычно появляется'значительная примесь Са, и этот интервал соответствует плагиоклазам. В серии « низкий альбит — микроклин» распространение твер­ дых растворов ограничено, поскольку сам микроклин обычно имеет пертитовое строение (рис. 2).

Упорядоченность. Согласно Э. Мегоу (1964), упорядочен­ ная структура построена трансляционным повторением парал­ лелепипедов (ячеек), идентичных по размеру, химическому составу и положению атомов внутри них (рис. 3). При этом указывается, что беспорядок может быть вызван: 1) беспоря­ дочным расположением атомов неоднородного химического сорта по ряду кристаллографически эквивалентных положе­ ний (беспорядок в замещении характерен для твердых раст­ воров); 2) не единичным рядом положений атомов А (К, Na, Са или Ва) в пустотах Т — О —каркаса, где Т — атомы А1 или Si (беспорядок в положении); 3) нарушением упорядо1 ченной последовательности субъячеек, или псевдотрансляционяых повторений (беспорядок в упаковке).

В той же работе Э. Мегоу указывается, что элементарная ячейка полевого шпата представляет собой трехмерный Т — О — каркас, где каждый атом Т окружен по тетраэдру че­ тырьмя атомами кислорода, и каждый кислород соединен с двумя атомами Т. Атомы А находятся в больших пустотах этого каркаса, а атомы Т располагаются по двум положениям

Ті и Т2, причем Ті соединен с атомом О, соседствующим с двумя атомами А, а Т2 — с атомом О, имеющим поблизости один атом А (рис, 4). Различия между отдельными полевыми шпатами обусловливаются размерами элементарной ячейки,

13

Рис . 4. Топология тетраэдрической координации атомов в полевом

шпате по Ф. Лавесу (Smith, 1970).

химической природой атомов А, координатами атомных по­ ложений, однородностью или сдвоенностью ячейки.

Из отмеченных типов беспорядков в полевых шпатах наи­ более изучен беспорядок в замещении А1 и Si. Изучение это­ го беспорядка основывается на предположении, что расстоя­ ние Т — О для среднего атома находится в линейной зависи­ мости от состава (Чао, Харгривс, Тэйлор, 1952). Обобщенная формула полевых шпатов AT^Os. При наличии только одного химического сорта атомов А состав полевого шпата «идеаль-

14

мый», при наличии разйовалентных атомов Â . формируются твердые растворы с соответствующим изменением Si/Al рас­ пределения, что отражается на величине Т — О связи. Раз­ личные способы размещения '4 атомов А1 и 12 атомовSi по группам эквивалентных положений в элементарной ячейке KAlSi30 8 интерпретируются Лавесом (1952) следующим об­ разом:

Таким образом, одиночные положения Т, и Т2 в моноклин­ ной структуре представлены двумя парами положений в три­ клинной — Ті(о), Т] (ш) и Т2(о), Т2 (ш). Необходимо отме­ тить, что в литературе существуют различные обозначения тетраэдрических групп, но более широкое распространение получили модернизированные обозначения Мегоу (Megaw, 1956). Обозначения тетраэдрических положений по Тейлору, Лавесу, Мегоу:

Ч15

В зависимости от концентрации А1 в указанных четырех тетраэдрических группах различается и степень упорядочен­ ности структуры. В таблице 3 показаны последние данные но расчету содержания AI в тетраэдрах, приведенные в работе J. Borg, D. Smith (1969). Сведения по низкому и высокому альбитам из работы Р. Фергусона и др. (1964). Ссылка на источник для первых пяти образцов приведена в таблице 1.

Концентрация алюминия в первом тетраэдрическом по­ ложении Т|(о) свидетельствует об упорядоченности полево­ го шпата. При полностью неупорядоченном состоянии (сани­ дин) алюминий равномерно располагается по всем тетраэд­ рическим положениям.

Количественную характеристику степени упорядоченности можно получить из выражения (MacKenzie, Smith, 1961):

Попытка объяснить природу упорядочения была предпри­ нята Де Вором (De Уоге, 1956), по мнению которого упоря­ доченный, или самый низкий уровень энергии кристалла на атомном уровне должен выразиться самой высокой поляриза­ цией силовых катионов, образующих самое большое число

ние образует полимеризованные цепи Si — О — Si — О —-

16

Si — о — Si, чередующиеся и связанные с цепями Si — О -- д| __ о — Si — О — AI, которые, проходя через минерал, сводят к однообразию условия его связен. Такое же катион­ ное соединение могут иметь и неупорядоченные полевые шпа­ ты, но без периодического однообразия. Де Вор указывает, что полимеризованные цепи могут идти параллельно а, в, с кристаллографическим осям, причем, упорядоченные калинатровые полевые шпаты содержат Si — О — Si — О —Si ,и А1 — О — Si — О — А1 — О — Si цепи, ориентированные па­ раллельно а и с — осям. Наиболее распространена ориента­ ция параллельно с — оси; цепи, параллельные а — оси, явля­ ются результатом высоких концентрации щелочных ионов. Дня этих же направлении характерно удлинение естественных кристаллов, т. е. ориентация цепей контролируется условия­ ми кристаллизации*.

Приведенные краткие сведения по некоторым итогам изу­ чения упорядоченности показывают, что окончательного ре­ шения эта проблема еще не получила, в частности, еще явно недостаточно полных структурных анализов, не выяснена достоверно зависимость AI — содержания от термального режима, и вследствие этого все попытки определения числен­ ного значения Si/Al — распределения, как степени темпера­ турной упорядоченности, в настоящее время могут претендо­ вать лишь на относительную точность. По-видимому, учиты­ вая возможности наиболее распространенных оптических и рентгеновских методов исследования, на современной стадии изученности полевых шпатов целесообразно воспользоваться традиционной номенклатурой щелочных полевых шпатов, дав оценку упорядоченности позиций Si/Al — распределения. Взаимоотношения чистых калиевых членов удобно рассмот­ реть по диаграмме Барта (Barth, 1965), дающей «идеаль-- ную» модель распределения алюминия для структурных ти­ пов санидина, ортоклаза и микроклина и показывающей из­ менение симметрии в ряду ортоклаз-микроклин и санидин — микроклин (рис. 2). Но необходимо оговориться, что экспе­

библиотека

упорядочение в ряду калиевых полевы.х шпатов и принимая во взимание содержание алюминия только в положениях Т| и То, мы можем убедиться в существовании последователь­ ного ряда увеличения А1 от санидина к структурному типу микроклина, не имеющего четкого разрыва при моноклинно— триклинном переходе (табл. 4). Этот переход осуществляет­ ся в интервале 35 — 45% А1 — содержания, причем и в пре­ делах 25,— 35% А1 и 50— 100% устанавливается соответст­ венно различная степень порядка для моноклинных и триклинных калишпатов.

Таким образом, структурная классификация позволяет выделить следующие типы щелочных полевых штатов:

1.Санидин.

2.Ортоклаз.

3.Мнкроклин.

4.Высокий альбит.

5.Низкий альбит.

Использование терминов «высокий» — «низкий» обуслов­ лено различной термальной историей, но применительно к альбиту имеет вполне определенный структурный смысл, вызванный оцененным Si/Al — упорядочением. Эта же тер­ минология («низкий» — упорядоченный, «высокий» — не­ упорядоченный) используется для различения температурных

«высокого» микроклина (видимо, имеется в виду неупорядо­ ченная форма), то его, вероятно, надо рассматривать как последний пункт перед изменением симметрии в ряду микро­ клин — санидин. В работах по изучению естественных поле­ вых шпатов такой термин пока не встречается. Двойственное толкование допускает использование термина «промежуточ­

18

ный». Если мы его будем интерпретировать в терминах «по­ рядка — беспорядка», то он займет вполне определенное ис­ тинно промежуточное положение. И несмотря на то, что еще не описана, например, промежуточная структура альбита (Фергусон, 1964, Ribbe, Megaw, Taylor, 1969), применение этого термина вполне оправдано (аналогично — «промежу­ точный» санидин). Что касается «промежуточного» микро­ клина, то сюда вкладывается как понятие незавершенной Si/Al упорядоченности, так и понятие отклонения от моно­ клинной симметрии, или триклинности. Но как мы видим, со­ держание алюминия в эквивалентных положениях тетраэд­ ров лишь до определенного предела соотносится с симмет­ рией образца, и, таким образом, нельзя автоматически отож­ дествлять упорядоченность и триклинность, как это делается в ряде работ Лавеса и Барта и некоторых других петрогра­ фов. Безусловно, определение степени триклинносгп наиболее доступными нам оптическими и рентгеновскими методами яв­ ляется незаменимым сейчас способом изучения калншпато* и может дать ценные сведения по моноклинио-триклиииым вариациям природных образцов конкретных геологических тел. Заметим, кстати, что такая оптическая константа, как угод 4- (010) ^ Ng, употребляемая в качестве числовой оценки оптической триклинности, является вполне объектив­ ной, что фиксируется совпадением оптической и рентгенов­ ской триклинности (Марфуиин, 1962). Выше уже упомина­ лось, как мало сведений, по определению Si/Al упорядочен­ ности, чтобы соотносить триклинность с каким-то численным значением распределения алюминия: в санидин — ортоклазовом калишпате при изменении распределения алюминия сингония остается моноклинной (нулевая триклинность), в мик'роклиновом же ряду повышение концентрацииалюминия в положении Ті(о) сопровождается увеличением триклиниости. Весьма вероятно, что для генетических петрологических целей большой смысл имеет разделение триклинной и моно­ клинной упорядоченности (Марфу-нин,' 1962), причем в ходе рассмотрения моноклинной упорядоченности представляет интерес отношение констант ячейки с*/в*, позволяющие отли­ чить санидин от ортоклаза (Джонс, 1966).

Рядом исследователей (Марфуиин, 1962; Лавес, 1967; Фисванатан, 1969) указывается на прямую зависимость ве­ личины угла оптических осей и упорядоченности, но и в этом

19

случае мы сталкиваемся с некоторыми деталями, затрудняю­ щими однозначное истолкование этой характеристики. Вопервых, здесь не ясна физическая сущность зависимости оп­ тических свойств н Si/Al распределения, во-вторых, нет до­ статочного количества структурных анализов промежуточных микроклпнов, чтобы достоверно проградуировать зависимость «2V — упорядоченность» на основе экспериментальных дан­ ных. Определение оптической упорядоченности (Марфунин, 1962) триклинного калишпата основано на образце «Тай- мыр-П». Здесь углы 2Ѵ от 44° до 84° соотнесены со шкалой упорядоченности, проградуированной от 0,0 до 1,0. Однако полученная шкала не соотнесена с истинным Si/Al распреде­ лением, которое соответствует «структурному» упорядочению. В более поздней работе Лавеса и Фисвіанатана ( Laves, Viswanathan, 1967) указывается, что наблюдались более высо­ кие значения 2Ѵ для низкого санидина — до 63° (и это еще не максимально возможная величина), в связи с чем зави­ симость «2Ѵ — порядок» интерпретируется в несколько иных численных величинах. Одновременно отмечается, что ста­ бильность и нестабильность калпшпатов в отношении Si/Al — упорядочения («устойчивость» по Р. Фергусону, 1964) дает дополнительную характеристику для структурного состояния.

чается в ходе применения уже упоминавшейся зависимости «с*/в* — порядок» (Jones, 1966), поскольку данная кривая основывается на численных величинах Si/Al — распределе­ ния — от высокого санидина до максимального микроклина.

Как видим, использование оптических констант в целях структурной интерпретации полевых шпатов-требует большой осторожности и должно основываться на солидном фунда­ менте точных структурных расчетов.

Таким образом, классификация щелочных полевых шпа­ тов датжна строиться на описанных к настоящему времени структурных типах с учетом морфологических и фазовых осо­ бенностей тех разновидностей, которые пока-' недостаточно изучены либо вследствие сложности методики (например, пер-

20