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

ского состава К — и Na — фаз полевого шпата на Si/Al — распределение. В частности, не ясна роль ионной подвиж­ ности компонентов в этом процессе (De Ѵоге, 1956)]. По­ этому лежащие в основе номенклатуры максимальный мик­ роклин, ортоклаз, санидин, высокий и низкий альбиты долж­ ны быть использованы для обозначения промежуточных форм, пока еще структурно не охарактеризованных, но имеющих традиционные названия, а также для обозначения генетиче­ ских минералогических серий, в рамках которых удобно рас­ сматривать природные полевые шпаты.

Уточненная номенклатура. Щелочные, или кали-иатровые полевые шпаты состоят из двух рядов: калиевый полевой

калиевого полевого шпата, а Ab — натрового, при содержа­ нии Or>37% происходит сдвиговое изменение симметрии (Laves, 1952), и полевой шпат с Ог>37% называется саниди­ ном и с Ог<37% — анортоклазом. Если обе фазы смешаны,

тита выделяются альбит (Лп0—іо), олнгокдаз (Апю—зо), ан­ дезин (Апзо—50), лабрадор (Ап5о—70), битовнит (Дп70—до) и анортит (Апо0—юо). Кроме того, в кислых членах этой серин может присутствовать до 10% молекулы ортоклаза. Все пла­ гиоклазы имеют триклинную симметрию. Параметры элемен­ тарных ячеек плагиоклазов приведены в таблице 5.

Интерпретация структур плагиоклазов довольно сложна, в общем же виде они представляют собой каркас из связан­

гиоклаза понимается тип распределения А1 и Si в тетраэдре, причем при понижении температуры А1 и Si стремятся к упо­ рядоченному распределению. Из-з& неполных сведений о структуре пока нельзя охарактеризовать количественное рас­ положение атомов в тетраэдре. Кроме того, упорядоченность может быть «стабильной» и «нестабильной» (Laves, 1960), и при этом стабильное расположение А1 и Si характеризуется терминами «высокий», «промежуточный» и «низкий» (отно­ сительно температуры), что соответствует наименьшему, промежуточному и оптимальному распределению А1 и Si в данном соединении.

Существует два ряда плагиоклазов (Заварнцкий, 1951, Таттл и Боуэн, 1952; Днр и др., 1966; Bambauer и др., 1967):

1) Мональбит (как анадьбит прикомнатной температу­ ре) — плагиоклаз (высокий) — анортит (объемноцеитрированный). Этот ряд состоит из полевых шпатов со стабильны­ ми состояниями наиболее возможного беспорядка А] и Si и объединен под названием «высокий плагидклаз». Полевые, шпаты ряда образуют непрерывную серию твердых раство­ ров (Таттл, Боуэн, 1952).

2) Альбит (низкий) — анортит (примитивный). Этот ряд называется «низким плагиоклазом» и прерывается областью перистерита. Чдены ряда обладают наибольшей А1 — Si упо­ рядоченностью, возможной в естественных условиях. Вопрос о действительной стабильности химически-промежуточных членов этого ряда еще не решен (Laves и др. 1965).

Высокие плагиоклазы (от Ап0 до Апэ0) характеризуются структурой высокого альбита. Низкие плагиоклазы разде­ ляются на следующие структурные группы (Днр и др. 1966).

_Для низких плагиоклазов характерны две схемы Si/Al —

23

25

ки, А. Niggli (1967) приводит следующую таблицу возмож­ ных схем упорядочения в ряду низкого плагиоклаза альбит — анортит:

Т а б л и ц а 5.

1965,'1967, 1967 гг.) доказано, что существуют ряд нарушений в непрерывности отношения «постоянные решетки: содержа­ ние анортита» для серин низкого плагиоклаза. Эти наруше­ ния разделяют кривую зависимости «параметры — % анор­

соответствует выделяемым структурным группам (табл. 6), особенно в области перистеритов и промежуточных плагио­ клазов, что, возможно, зависит от недостаточно изученного

и др.) используется доменовая модель (присутствие несколь­ ких видов элементарной ячейки), имеющая довольно сложное выражение. По Смиту и Риббе (Smith, Ribbe, 1969) плагио­ клазы промежуточного состава проявляют доменовую струк­ туру из-за кинетических барьеров атомного рассеяния. Авто­ ры выделяют два типа доменов — альбитовые и анортито­ вые, и их кинетическая модель промежуточных плагиоклазов состоит из доменов топохимически подобных низкому альбиту

26

и анортиту, разделенных неупорядоченными областями, воз­ никшими в результате нетипичных А1 — Si распределений.

Мало употребляемый в отечественной литературе термин «перистерит» (вследствие того, что под ним понимают плагио­ клазы состава альбит — олигоклаз, иногда иризирующие) имеет вполне определенный структурный смысл. Натровая и кальциевая фазы в интервале Агн ■—Ап25 не смешиваются ввиду различия альбитовых и аиортитовых доменов. При со­ ставе Агн—іб домены низкого альбита настолько многочислен­ ны, что формируются в отдельные пластинчатые сростки; при составе Агп7— 25 формируются промежуточные между альби­ том и анортитом домены, соответствующие олигоклазу, сра­ стание альбитовых и промежуточных участков обусловливает перистерит (Smith, Ribbe, 1969). Исследования перистернтов, проведенные К. Фисваиатаном и Е. Эберхардом (Viswanathan, Eberhard 1968), показали, что плагиоклазы В' интерва­ ле А п8— і6 состоят из трех иесмешивающихся фаз, представ­ ленных альбитом, анортитом и фазы, содержащей 16% Ап, которая стабильна в отношении Si/A'l — распределения. Пе­ реслаивание доменов двух, последних фаз, видимо, форми­ рует домены олигоклаза (Анн—2s). Дальнейшее переслаива­ ние доменов олигоклаза и анортита образует домены проме­ жуточного типа. Исследование перистернтов фазово-конт­ растной и .интерференционной микроскопией показало, что они состоят из доменов альбита и олигоклаза (Raith, 1969). Подобный же процесс характерен для плагиоклазов, нахо­ дящихся в интервале Ащ0—Апео, но здесь сростки представ­ лены перемежающимися доменовымн участками анортита и промежуточного плагиоклаза. В обоих интервалах ряда низ­ кого плагиоклаза указанные субмикроскопические ламелляр­

Из всех видов плагиоклазовых структур пока наименее изучена промежуточная. Ее домены составлены из элемен­ тарных ячеек с Si/Al распределениями, соответствующими низ­ кому альбиту и анортиту. Плагиоклазы с составом от Ап25 до А п70—75 обладают параметрами решетки, промежуточными между этими видами ячеек, и соответствуют относительному количеству двух присутствующих видов ячеек. В указанном интервале анортитового содержания доменовые структуры

27

весьма однородны (Nissen, 1969). К. Синнамон и С. Бейли (Cinnamon, Bailey, 1971) отмечают распад доменовой струк­ туры промежуточного плагиоклаза у границы с перистеритовой и анортитовой структурами и приводят размеры доменов по результатам измерения микротвердости (рис. 6).

Как видно из приведенного краткого обзора, структура плагиоклаза довольно сложна и неоднородна. Разработка окончательной модели еще не закончена и требует дополни­ тельные высокоточных измерений. Основными методами структурных исследований являются рентгеноструктурный, электронная микроскопия, атомно-магнитный резонанс, ре­ зультаты которых необходимо увязать с наиболее доступны­ ми оптическими методами. В основе такого соответствия,, повидимому, должно лежать повышение точности оптического определения номера плагиоклаза, поскольку структурные ис­ следования привязываются к содержанию анортита в образце. При скоординированном соответствии содержания анортита и структурных параметров простое, но предельно точное из­ мерение Ап — содержания (оптическое или рентгеновское) может дать исчерпывающую информацию о всех особен­ ностях элементарной ячейки данной разности плагиоклаза.

Вероятно также, что уже назрела необходимость уточне­ ния традиционной номенклатуры плагиоклазов, основанной на искусственных интервалах анортнтового содержания. Эта неопределенность особенно характерна, например, для Ап — содержания 25 —75, куда входят и олигоклаз и андезин и лабрадор, но все эти разности плагиоклаза объединены одной промежуточной структурой; либо для Ап — содержания 75— 95 (битовнит), где отмечается присутствие двух структур — объемноцентрированной и переходной анортитовой. Установ­ ленные изменения в геометрии элементарных ячеек прихо­ дятся на следующие содержания анортита и ряду плагиокла­ за: 1,5; 17; 25; 33; 50; 75; 80—85; 90—95. По уточненным дан­ ным (Mossman, 1970),'граница между структурами переход­ ного и примитивного анортита лежит между составами Апо0,5—Апдз. Все отмеченные разрывы в геометрии решетки сопровождаются некоторым изменением физических свойств

и соответствуют, кроме перерывов при Апзз и Ans0, качествен­ ному изменению структуры в ряду плагиоклазов. Разрыв в параметрах три Апзз и А т0 П. Риббе (Ribbe, 1968) объясняет

28

(

расхождением в'среднем Si/AI — распределении на четырех неэквивалентных тетраэдрических участках альбита.

Весьма сложна в применении к плагиоклазам интерпрета­ ция процессов упорядочения. Выше мы приводили точки зре­ ния различных исследователей по вопросу упорядоченности, причем можно заметить, что этот термин употребляется как для наиболее оптимального Si/Al распределения в системе «высокий — низкий», подразумевая температурные особен­ ности кристаллизации плагиоклазов, так и для оценки влия­ ния Si/Al распределения в ряду низкого плагиоклаза от аль­ бита до анортита. То есть в обоих случаях важнейшим фак­ тором структурной характеристики является Si/Al распреде­ ление, но в первом варианте, по-видимому, поведение атомов кремния и алюминия теснейшим образом связано с упорядо­ чением атомов натрия и кальция, во втором — с количест­ венным соотношением натрия и кальция. Такое двойственное истолкование термина «упорядоченность» затрудняет не толь­ ко чтение литературных источников, но и, ввиду однотипнос­ ти генетического смысла (Si/Al—отношение в обоих случаях), создает неопределенность в правильности его дальнейшего использования. Эта неопределенность усугубляется уже выяс­ ненными количественными соотношениями Si и А1 в струк­

ниях при переходе от структур низкого плагиоклаза к высо­ кому альбиту, т. е. в серин «низкий — высокий». У. Днр и др. (1966) указывают, что в природе не существует отдельной высокотемпературной и отдельной низкотемпературной плагиоклазовых серий, но имеется промежуточно-температур­ ная серия. По-видимому, в этой промежуточной серии плагио­ клазы могут существовать лишь в своей стабильной форме, обусловленной оптимальным расположением атомов в ячейке для данной температуры кристаллизации. У. Дир и др. (1966У приводят приблизительную схему изменения структур в зави­ симости от температуры в ряду «высоких—низких» плагио­ клазов (рис. 7).

Итак, поскольку и «истинная» упорядоченность и харак­ тер изменения структур в ряду низкого плагиоклаза выра­ жаются посредством одного и того же Si/Al — отношения, целесообразно в качестве меры перехода от неупорядочен­ ного состояния к упорядоченному (от высокого к низкому)

30 т

1

использовать условную шкалу степени упорядочения А. С. Марфунина (1962). Эта шкала, построенная из предпосыл­ ки, что оптические свойства плагиоклазов, — непрерывная функция состава и степени упорядоченности, не им,еет твер­ дой физической основы, так как истинная зависимость ориен­ тировки оптической индикатрисы от Si/Al — распределения

Рис. 7. Последовательность структурных изменений плагиоклазов . в связи с температурой (Дир и др. 19Ѳ6).

"А — структура высокого альбита.

Н— структура низкого альбита.

Б— перистериты.

П— промежуточная структура.

ОЦ — структура объемноцентрированного анортита. Пер — переходная структура анортита.

Пр — структура примитивного анортита.

в ряду «высокий — низкий» плагиоклаз еще не выяснена. Та­ ким образом, нулевая степень упорядоченности будет соответ­ ствовать Si/Al — распределению в структуре высокого аль-

31