» » Полевые шпаты

Полевые шпаты

01.08.2016

Среди бесцветных породообразующих минералов в первую очередь следует выделить полевые шпаты, образующие твердые растворы в системе NaAlSi3O8 — KAlSi3O8 — CaAl2Si2O8, хотя полного изоморфизма в целом здесь не наблюдается. Полный изоморфизм обнаруживают лишь щелочные полевые шпаты NaAlSi3O8 — KAlSi3O8 (изовалентный изоморфизм Na ⇔ K) и плагиоклазы NaAlSi3O8 — CaAl2Si2O8 (гетеровалентный изоморфизм NaSi ⇔ CaAl) при температуре выше 800°С. В натриевой области рассматриваемой системы изоморфизм всех трех компонентов ограничен, а в ряду KAlSi3O8 — CaAl2Si2O8 смесимость практически отсутствует.
По процентному содержанию анортитового компонента в ряду твердого раствора NaAlSi4O8 - CaAl2Si2O8 выделяют следующие разновидности плагиоклазов [греч. «плагиоклаз» — косораскалывающийся]:
Полевые шпаты

Сингония природных плагиоклазов триклинная, хотя известны случаи существования моноклинных альбитов. Плагиоклазы часто сдвойникованы; в породах экструзивных тел они всегда зональны. Зональные плагиоклазы часто наблюдаются и в гипабиссальных телах, в частности мезокайнозойских интрузивах Кавказа, образованных в процессе гибридизации, а также в метаморфитах.
Двойникование является важным диагностическим признаком многих породообразующих минералов (например, кордиеритов, рутилов, ставролитов и др.). Наибольшее количество закономерных двойниковых форм встречается в плагиоклазах, однако секториальные двойники в плагиоклазах до последнего времени никем не фиксировались. И лишь И.И. Кикнадзе и Г.К. Цимакуридзе в палеозойских метаморфитах ладевальской свиты, развитой в ущелье р. Квиши (правый приток р. Долра, находящейся на южном склоне Большого Кавказа), в порфиробластических разновидностях хлорит-альбит-кварц-мусковитовых сланцев установили секториальные двойники плагиоклазов, которые ранее описывались как секториальные двойники кордиеритов.
Плагиоклазы с секториальными двойниками образуют свежие, иногда серицитизированные порфиробластические зерна размером от 0,5 до 2—3 мм, нередко с мелкими включениями кальцита, графита или магнетита. Они часто состоят из четырех (четверники), иногда трех (тройники) индивидов. Обычно отдельные сдвойникованные кристаллы механически соприкасаются друг с другом по определенным плоскостям. В секториальных кордиеритах плоскостями срастания являются ромбические призмы (110) или (130). В минералах ромбической сингонии, в частности в кордиерите, плоскости двойникового срастания не могут быть вторым пинакоидом. Следовательно, изученный минерал отвечает плагиоклазу (An5-8) а не кордиериту.
Принадлежность указанных плагиоклазов к альбитам доказана также рентгеноструктурным анализом, выполненным в рентгеноструктурной лаборатории Геологического института AН ГССР Р.А. Ахвледиани. Анализ лейкократовой части пробы метаморфитов ладевальской свиты показал отсутствие в образце кордиерита — на рентгенограмме видны лишь отражения, характерные для смеси кварца (пики 4,24, 3,69, 3,34*10в-10 м) и кислого плагиоклаза (пики 4,04, 3,86, 3,53, 3,20*10в-10 м).
Полевые шпаты

Авторы полагают, что секториальные двойники альбитов в ладевальских метаморфитах образовались во время метаморфизма путем соприкосновения отдельных индивидов.
Важным диагностическим признаком минералов, особенно тех, которые дают изоморфные ряды, является зависимость оптических характеристик от состава. Так, например, для плагиоклазов установлена линейная связь между показателем преломления Nnt и составом
Полевые шпаты

где ХАn Pt — мольная доля анортита и плагиоклаза.
Зависимость показателя преломления плагиоклазового стекла от его состава пыражается уравнением
Полевые шпаты

По У.А. Диру, Р.А. Хауи и Дж. Зусману, оптические свойства плагиоклазов следующие:
Полевые шпаты

При давлении 0,1 МПа (1 ат) экспериментально хорошо изучена диаграмма состояния системы NaAlSi3O8—CaAl2Si2O8 (рис. 20,а). Кристаллизация жидкости начинается при температуре 1550° С. При дальнейшем понижении температуры состав жидкости изменяется вдоль кривой ликвидуса (liq), а состав кристаллов -вдоль кривой солидуса (sol). Из диаграммы видно, что на каждой определенной ступени остывания жидкость всегда была более богата альбитовой составляющей, нежели сосуществующие с ней кристаллы плагиоклаза. Кристаллизация жидкости заканчивается, когда из нее полностью выделится анортит.
В условиях температуры ниже 700° С в субсолидусе альбитовой области (рис. 20, б) плагиоклаз распадается на две фазы: альбит + олигоклаз. Возможно также возникновение структур распада (перистеритов), что указывает на отклонение рассматриваемого двухкомпонентного твердого раствора от идеального в условиях низкой температуры. В зависимости от скорости снижения температуры и кристаллизации расплава происходит упорядочение атомов кремния и алюминия в решетке плагиоклаза в различной мере, что устанавливается оптическими методами.
Плагиоклазы входят в состав многих магматических и метаморфических пород, отсутствуют они в дунитах, лерцолитах и некоторых других. Наименее распространены основные плагиоклазы; они (битовниты, анортиты) описаны в перидотитах (An98), роговообманковых габбро южной Калифорнии (An85-95), нефелиновых сланцах Дежневского массива па Чукотке (An96) и анортозитах комплекса Ситтампунди в Индии (An98).
В вулканических породах средней кремнекислотности — андезитах — плагиоклазы обычно представлены андезинами, реже — несколько более основными плагиоклазами; аналогичного состава плагиоклазы содержатся в диоритах. В вулканитах основного состава (базальтах) плагиоклазы не кислее лабрадора, иногда приближаются к битовниту; плагиоклазы такого же состава содержатся в основных интрузивных породах (габбро и норитах), В кремнекислотных вулканитах (липаритах, риолитах) и интрузивных породах (гранитах и гранодиоритах) плагиоклазы относятся к олигоклазу, реже более кислому ряду (альбиту) или кислому андезину. В метасоматических гранитах и гранитных пегматитах обычны альбиты.
В различных нефелиновых сиенитах состав плагиоклазов изменяется от альбита до анортита, что нередко наблюдается вообще в двуполевошпатовых интрузивных породах. Это указывает на то, что плагиоклазы образуются не только путем, изображенным на диаграмме (см. рис. 20). Д.С. Коржинский широкие вариации состава плагиоклазов в гранитах объясняет изменением химического потенциала μ калия в магме:
Полевые шпаты

С ростом химического потенциала компонента K2O (μК2О) реакция смещается вправо: плагиоклаз становится более основным за счет замещения его альбитовой составляющей на ортоклазовую. Ho вследствие отсутствия смесимости в системе KAlSi3O8—CaAl2—Si2Oe ортоклаз выделяется в виде самостоятельной фазы.
По Г.М. Зарндзе и Н.Ф. Татришвили, широкие вариации состава плагиоклазов наблюдаются также в гранитоидах, образованных путем метасоматической гранитизации по различным базитам. В последних плагиоклазы основного состава подвергаются воздействию натрийсодержащих восходящих растворов, в результате чего они преобразуются во все более кислые плагиоклазы вплоть до ряда альбита. Этот процесс в разных частях исходного тела может протекать с различной интенсивностью, что обусловливает разнообразие состава плагиоклазов. Процесс имеет стадийный характер, за преимущественно натриевым метасоматозом следует преимущественно кремниевый, сменяющийся калиевым с образованием калиево-натриевых полевых шпатов (обычно микроклина). Стадии привноса материала могут быть различными и во времени и пространстве иметь различную последовательность.
В результате разрушения плагиоклазов основного состава выделяются различные продукты, в частности, эпидотовые минералы, которые были изучены Д.М. Шенгелиа на примере палеозойских гранитоидов и гранитизированных пород Северного Кавказа,
Для 79 парагенезисов в палеозойских гранитоидах и в той или иной стадии гранитизированных породах Северного Кавказа составлена диаграмма частоты встречаемости анортитовой молекулы в плагиоклазе в ассоциации с эпидотом, которая показывает, что в этих породах прерывистость распространения плагиоклазов в интервале Pl8—Pl18 аналогична развитой в амфиболовых сланцах Центральных Альп. Наиболее широко развиты Pl0—Pl8, встречаемость плагиоклазов в интервале Pl9—Pl10 значительно ниже, еще меньше распространены плагиоклазы от Pl11 до Pl18. Частота встречаемости Pl18-20 сравнительно с предыдущей группой резко возрастает, а Рl>20 фиксируется все реже и реже, вследствие низкотемпературных условий минерализации, при которых смесимость альбита и анортита в плагиоклазе ограничена.
Плагиоклазы герцинских гранитоидов и вмещающих их метаморфитов нередко представлены порфиробластами альбита, имеющими идиоморфные или овальные формы. Они образуют монокристаллы, либо агрегаты мелких зерен, перерастающие в отдельные участки или прерывистые полосы. Порфиробласты нередко содержат многочисленные включения различных минералов в виде отдельных зерен, цепочек, полосок и скоплений, представляющих собой уцелевшие от метасоматического процесса останцы во время становления порфиробластов. Включения представлены менее кислым плагиоклазом, продуктами деанортитизации основного плагиоклаза (соссюрит, клиноцоизит, эпидот), роговой обманкой, сфеном и изредка каплевидным и червеобразным кварцем, с образованием мирмекитов. Становление альбитовых порфиробластов вызвано натриевым метасоматозом горных пород исходных геосинклинальных толщ. Последующий калиевый метасоматоз вызывает замещение альбитовых порфиробластов микроклином частично, либо полностью. Твердо установлено, что образование альбита происходило метасоматическим путем в результате привноса натрия. В метаморфизованных роговообманковых габбро-диоритах зональные плагиоклазы, в отличие от магматических, расплывчатые, неровные и постепенные. Число зон от двух до четырех. Зональность нормальная, редко рекуррентная. Разница в составе наружной зоны и ядра составляет 10—25% анортитовой молекулы. Двойники не наблюдаются. Зональные плагиоклазы ксенолитов в основных магматических породах и кристаллических сланцах образовались метасоматическим путем. Изменение протекало с привносом кремния и щелочей, в результате возникли порфиробласты плагиоклаза и микроклина, кварц, биотит и сине-зеленая роговая обманка. Новообразованными являются также акцессорные минералы — апатит, ортит, сфен, циркон.
Г.М. Заридзе и Н.Ф. Татришвили во время исследования древних гранитоидов Северного Кавказа впервые установили различные морфологические типы пертитов, образованные в результате метаморфического замещения плагиоклаза микроклином (калиметасоматоз).
Ранее было известно три пути образования пертитов: 1) эвтектическая кристаллизация, 2) выделение из охлаждающегося калинатриевого полевого шпата, 3) замещение калишпата альбитом по трещинам спайности, отдельности и термического стяжения. Главным в образовании пертитов считался распад твердого раствора.
По А.К. Болдыреву, каждому генетическому типу пертитов отвечает определенный морфологический тип: например, волокнистый пертит образуется при распаде твердого раствора в раннюю стадию становления полевого шпата, пленчатый — также в результате распада твердого раствора, но относительно на более поздней стадии становления, жилковый и пятнистый — при эндогидатогенном замещении микроклина альбитом по трещинам стяжения, взаимопроникающий тип — при одновременной кристаллизации с последующим распадом калинатриевого полевого шпата с выделением альбита. Таким образом, об образовании различных морфологических типов пертитов путем замещения предварительно альбитизированных плагиоклазов — альбитов (натриевый метасоматоз) микроклином (калиевый метасоматоз) до 1958 г. известно не было. Можно считать доказанным, что в данном случае пертитообразование представляет собой незавершенную стадию полного замещения альбитов микроклином, что хорошо видно из приведенных рисунков.
Полевые шпаты

На рис. 21 видны скелеты полисинтетически сдвойникованных крупных зерен плагиоклаза (альбита), разъеденных и частично замещенных микроклином. Наблюдается полное совпадение одновременно погасающих двойниковых полосок оставшихся частей плагиоклаза, разобщенных микроклином. С этим направлением совпадает и одно из направлений погасания двойниковых полосок решетчатого микроклина. В другом случае (рис. 22) от материнского кристалла плагиоклаза (альбита), имеющего зазубренные края, в сторону разъедающего решетчатого микроклина отходят одинаково ориентированные и одновременно погасающие полосы (уцелевшие останцы), образующие пертит. На рис. 23 приведен полосчато-пленочный морфологический тип пертита с быстро выклинивающимися различной толщины полосами. Наблюдаются также рябовидные и клочьевидные пертиты. Таким образом, микроклинизация плагиоклаза на различных стадиях может дать различные формы пертитов замещения.
Г.М. Зарндзе и Н.Ф. Татришвили на северном склоне Большого Кавказа (Верхняя Теберда) в габбро-диабазовых интрузиях, залегающих в верхнепалеозойской свите, описали процесс кремниевого метасоматоза, который в плагиоклазе вызвал возникновение микропегматитовых структур (рис. 24). Интрузив сложен из габбро, габбро-диабазов и диабазов. Процесс образования пегматитовых прорастаний под воздействием преимущественного привноса кремния особенно наглядно наблюдается в диабазах. На жилках кварца этих пород местами возникают наросты или раздувы. Они представлены связанными между собой мельчайшими зернами кварца, напоминающими губчатую массу. Наиболее часто жилки кварца разветвляются, образуя дендритоподобные тела. Иногда эти ответвления утоньчаются с образованием пережимов, на продолжении выклинивающейся жилки порой возникает цепь одновременно гаснущих зерен кварца. В других случаях наблюдаются участки, состоящие из пегматитоподобных прорастаний плагиоклаза с одновременно гаснущими кварцевыми зернами, возникшими в результате метасоматического замещения части плагиоклаза привнесенным кварцем. Дальнейшее взаимодействие кварца с плагиоклазом дает картину, близкую пегматиту. При далеко зашедшем процессе замещения плагиоклаза (кремниевого метасоматоза) образуется пегматитоподобное прорастание кварца с плагиоклазом. Если в дальнейшем плагиоклаз подвергается микроклинизации, возникает пегматитовое прорастание кварца с микроклином.
Полевые шпаты

Для щелочных полевых шпатов характерна моноклинная и триклинная сингония. Наблюдаются постепенные фазовые переходы форм первой сингонии в формы второй сингонии, что выражается изменением степени триклинности. Эти переходы связаны с упорядоченным распределением катионов в кристаллической решетке минерала. Наиболее упорядоченные («порядок») полевые шпаты называют низкими (low), разупорядоченные («беспорядок») высокими (high), а с промежуточной степенью упорядочения — промежуточными. «Порядок—беспорядок» в щелочных полевых шпатах наблюдается как в алюмосиликатовом каркасе (т. е. в расположении Si и Al), так и в расположении атомов Na и К.В соответствии с данными У.А. Дира, Р.А. Хауи и Дж. Зусмана различают четыре серии твердых растворов: 1) высокий альбит — высокий санидин; 2) высокий альбит — низкий санидин; 3) низкий альбит — ортоклаз; 4) низкий альбит — микроклин.
Полагали, что первая серия образует полный ряд твердых растворов с изменением триклинной сингонии (при составе Ab63Or37) на моноклинную. В природе первая серия встречается в высокотемпературных условиях остывания (кристаллизации) магмы, т е. среди вулканических и субвулканических пород, хотя недавно высокий альбит был обнаружен в низкотемпературных зонах в качестве метасоматического минерала.
Щелочные полевые шпаты, в сухих условиях при P = 0,1 МПа (1 ат) KAlSi3O8 плавятся инконгруэнтно, с образованием лейцита KAlSi2O6. С увеличением P и возрастанием натриевости системы область существования лейцита выклинивается. При Fsp ≈ 70% состав расплава равен составу кристаллов. Это указывает на то, что в калиевой области расплав по сравнению с кристаллами всегда богаче альбитовым компонентом. Обратные соотношения видны в натриевой области, т. е. левее точки минимума. Видно также, что при давлении 5000 бар поле лейцита отсутствует, и калишпат плавится конгруэнтно. Форма кривой распада зависит от структуры полевых шпатов. Рассматриваемая диаграмма отвечает серии «высокий альбит — высокий санидин». В целом устанавливается, что с возрастанием степени упорядочения, т. е. с переходом от первой серии Fsp к четвертой, область твердого раствора расширяется.
Полевые шпаты

В бедных кремнеземом лавах и субвулканах калишпат вначале выделяется в форме лейцита, а не санидина. При дальнейшем понижении температуры лейцит реагирует с расплавом и переходит в калишпат. В богатых кремнеземом расплавах лейцит не выделяется, так как при содержании SiO2 52% (вес.) имеется кварц-полевошпатовая эвтектика. Следовательно, в данном случае вначале начинают выпадать кристаллы кристобалита и вплоть до эвтектической точки щелочной полевой шпат (ортоклаз) не кристаллизуется. В интрузивных условиях полевой шпат кристаллизуется конгруэнтно.
Щелочные полевые шпаты содержатся во многих магматических и метаморфических породах. Они являются главными минералами гранитоидов, сиенитов, нефелиновых сиенитов и других кислых и щелочных полнокристаллических, вулканических и субвулканических пород. Имеются они также в некоторых габбро (ортоклазовое габбро, габбро-сиенит), щелочно-ультраосновных породах и др. Однако многие из последних произошли в результате щелочного метасоматоза но базитам и ультрабазитам.
На рис. 25 приведена ориентировочная диаграмма степени упорядочения щелочных полевых шпатов, составленная Л.Л. Пepчуком и И.Д. Рябчиковым. В натриевой части системы KAlSi3O8—NaAlSi3O8 принято, что
Полевые шпаты

где Q — угол отражения рентгеновского пучка от плоскостей 131 и 131-, a Fsp — щелочной полевой шпат. Авторы диаграммы придерживаются схемы о четырех изоморфных рядах щелочных полевых шпатов для различных по упорядоченности серий. Использовались также экспериментальные данные В.Н. Зырянова по концентрационным зависимостям степени упорядочения альбитов и степени триклинности микроклинов.
Диаграмма позволяет проводить сравнение щелочных полевых шпатов по степени их упорядочения. Допустим, что в образце гранита содержатся альбит Ab80Or20 и ортоклаз Or80Ab20. Рентгеновским методом определено 2Q = 1,0°, т. е. ХFsp prd = 1—0,5 = 0,5. Видимо, степень упорядочения ортоклаза близка к этой цифре. При сосуществовании в породе альбита 2Q(131-131) = 0,40° и микроклина со степенью триклинности 0,2 допустимо, что обе фазы имеют степень упорядочения 0,8, а их составы характеризуются формулами
Полевые шпаты

Хотя диаграмма условная и требует усовершенствования, однако по ней все же можно судить о сложности структурных соотношений в щелочных полевых шпатах.
В гранитоидах, в окончательном формировании которых существенную роль играл натриевый и калиевый метасоматоз, а также в пегматитах обычны низкие альбиты и микроклины.
При калишпатизации кристаллического субстрата Большого Кавказа, протекавшей в условиях низкотемпературной амфиболитовой и эпидот-амфиболитовой фации метаморфизма, образовались калинатриевые полевые шпаты, обладающие высокой степенью триклинной упорядоченности. Максимальное упорядочение и появление микроклиновой решетки произошло при последующем диафторезе.
Оптическая и рентгеновская триклинность калинатриевых полевых шпатов в большинстве случаев отвечает максимальным или близким к ним значениям, редко, несмотря на высокую степень их упорядоченности, устанавливаются низкие значения констант оптической и рентгеновской триклинности.
Г.М. Заридзе и Н.Ф. Татришвили было показано, что калиевые полевые шпаты, входящие в состав гранитных пегматитов Большого Кавказа, образуются в результате процесса калиметасоматоза, являющегося конечной стадией метасоматического породообразования.
В ущелье р. Ардон (тектоническая зона Главного хребта Большого Кавказа) "жило- и гнездоподобные тела пегматитов залегают в герцинских гранитоидах. Мощность этих тел не превышает 1,5 м. По простиранию они прослеживаются на 5—8 м. Типичных графических структур рассматриваемые пегматиты не обнаруживают; наблюдаются прорастания микроклина кварцем, содержащимся в пегматитах. Кварц образован в результате проникновения в плагиоклаз габброидов кремниевых растворов с возникновением ихтиоглиптоподобных прорастаний. На следующей стадии происходит избирательная микроклинизация плагиоклаза, не затрагивающая секущий его кварц (рис. 24).
Явные метасоматические герцинские пегматиты описаны и в других местах Большого Кавказа и Закавказья.
Совершенно черные оригинальные калиевые полевые шпаты с тонкораспыленным в них графитом обнаружены в среднепалеозойской верцхлистбиской свите, сложенной порфиробластическими кварц-мусковит-полевошпатовыми сланцами (рис. 26) на южном склоне Большого Кавказа Д.М. Шенгелиа, Д.Н. Кецховели и Г.Л. Чичинадзе. Упоминание о наличии подобных порфиробластов в литературе не встречается, лишь В.Н. Лодочников упоминает углистые частицы в полевых шпатах кристаллических сланцев.
Полевые шпаты

Черный калишпат чаще образуется непосредственно в графитовых скоплениях. Нo спорадически наблюдаются также калишпаты, замещающие альбит и кварц-слюдяные образования; они свежие и включений графита не содержат. В порфиробластах калишпата, переполненных частицами графита, нередко присутствуют включения свежего альбита и кварца, реже мусковита без графитовых включений или с редкими частицами графита. Порфиробласты альбита также не содержат включений графита.
Наиболее распространены калишпаты размером 3—5 мм, окрашенные графитовой пылью; максимальные размеры их 20 мм. Порошкограмма черного порфиробласта калишпата, помимо основных линий калишпата, дополнительно обнаруживает отражения, которые соответствуют графиту (3,36*10в-10; 2,13*10в-10; 2,05*10в-10; 1,66*10в-10 м). Линии дифрактограммы графита показывают, что он по структуре соответствует низкотемпературному уровню зеленосланцевой фации регионального метаморфизма. Были исследованы полированные шлифы в отраженном свете. Установлено, что углеродистое вещество, содержащееся в кали-шпате и основной ткани породы, имеет одинаковую отражательную способность (Rmin = 14,0—1,50; Rmax a = 15,0—17,2; Ra = 14,3—16,1) и представлено низкотемпературными разностями графита, формировавшегося в начальной стадии графитизации антрацита. Количество включений графита в калишпате варьирует в значительных пределах.
Порфиробластические кварц-мусковит-полевошпатовые сланцы с графитом, содержащие рассматриваемые черные калишпаты, характеризуются очень высоким содержанием калия (табл. 10). Результаты оптического и рентгеноструктурного изучения порфиробластических калишпатов свидетельствуют, что последние представлены высокоупорядоченными разностями — промежуточными и максимальными микроклипами: — 2V = 74—80°, угол Ng/(010) = 16—18 (микроклиновая решетка обнаруживается редко), (131) = 3,032*10в-10 м; (131) = 2,959*10в-10 м; Δр = 0,91; d (201) = 4,229*10в-10 м, состав калишпатовой фазы (гомогенной) — Or95Ab5. В калишпате содержание FeO, MgO, CaO, как правило, невелико.
Поскольку проанализированный черный калишпат не загрязнен частичками кальциевых минералов, некоторое повышенное содержание в нем FeO, CaO, MgO, а также P2O5, видимо, следует рассматривать как результат их присутствия в графите. Как известно, графит нередко содержит механические примеси (SiO2, Al2O5, FeO, MgO, CaO, P2O5) до 10—20%, которые при сжигании полностью или частично сохраняются.
Полевые шпаты