» » Биотит

Биотит

01.08.2016

Биотит [по фамилии франц. минералога и физика Ж.Б. Биота I весьма распространенный минерал как магматических, так и метаморфических пород. Сингония моноклинная. Химический состав различный; к теоретической формуле конкретный биотит приближается редко. Последняя имеет следующий вид: К (Mg, Fе)3[AlSi3O10](ОН, F)2. Количество фтора в биотитах колеблется от 0 до 5,2%, например, в перекристаллизованном в низкотемпературных условиях биотите из гранитоидов Северного Кавказа оно составляет 0,19—0,38% (табл. 12).
Для полиморфных модификаций биотита установлены следующие параметры элементарных ячеек (табл. 13).
В отличие от мусковита, полиморфные его модификации (3T и 1М) по порошковым рентгенограммам различить не удается. Некоторые различия устанавливаются но вейссенбергограммам.
Биотит

He удается также установить ориентировку монокристалла чешуек биотита ввиду небольшого угла между оптическими осями и значениями двупреломления. Более надежным является построение лауэграмм, позволяющих установить кристаллографические направления, которые, однако, следует уточнить другими рентгеновскими методами. Соотношения между структурными модификациями биотитов и их химическим составом с полной уверенностью пока еще не установлены.
Биотиты нередко обнаруживают изоморфные замещения, в частности, калий может заместиться натрием, кальцием, барием, рубидием, цезием. Кроме того, двухвалентное железо может заместиться марганцем в количествах, обычно не превышающих 0,2 атома на формульную единицу, а алюминий литием.
В биотитах установлено два типа изоморфизма: изовалентный (Fe2+ = Mg; Fe2+ = Mn2+; Fe3+ = Al; К = Na и т. п.) и гетеровалентный (3[Fe, Mg]2+ = 2А1 или 4Al = 3Si). В слюдах большей частью наблюдается изоморфизм Fe2+ = Mg и Al = (Mg, Fe), что вызвано смесимостью четырех миналов, играющих ведущую роль. Эти миналы следующие:
Биотит

Исходя из этого кристаллохимическая формула теоретического биотита в системе FeO—MgO = Al2O3—SiO2—K2O—H2O представляется в следующем виде:
Биотит

где n варьирует в пределах 0—2.
В биотитах гранитоидов с повышением температуры намечается тенденция к возрастанию содержания титана (TiO2) от 0,78 до 3,35%, т. е. высокотемпературные биотиты метаморфитов являются наиболее титанистыми. Однако в биотитах, образованных на одинаковом температурном уровне, содержание TiO, зависит от их железистости. Например, для биотитов биотитовой, гранатовой и ставролитовой зон содержание TiO2 (в вес.%) = 1,5-2,1, для дистеновой и андалузитовой зон — 1,7—2,7, для силлиманитовой зоны, мигматитов и роговиков 2,4-3,5.
Зависимость показателей преломления (Ng) биотитов от их общей железистости приведена на диаграмме рис. 34. Как видно из диаграммы, биотиты характеризуются высокой степенью окисления железа. По мере увеличения значений отношения Fe2O3:FeO возрастает показатель преломления биотитов.
Биотит

Одним из важных свойств биотитов является их глиноземистость. На рис. 35 приведена диаграмма aIV(aSi)—aVI (AlIV—AlVI) для биотита метаморфитов от зеленосланцевой до амфиболитовой фаций. Здесь наблюдаются два различных поля (I и II). Биотиты из богатых CaO метаморфитов (биотит-амфиболовые и биотит-эпидот-амфиболовые сланцы), плеохроирующие в бурозеленых тонах, бедны глиноземом, особенно в шестерной координации (AlVI = 1—10, A1IV = 28—33), что указывает на близость слюды к флогоybт-аннитовой серии. Биотиты из бедных CaO пород (биотит-гранатовые и биотит-кордиеритовые гнейсы и сланцы, обычно с силлиманитом, андалузитом или дистеиом), содержат алюминий в повышенных количествах (А1IV = 10—20%, AlIV = 30 35), что указывает на их близость к истонит-сидерофиллитам.
Из приведенной диаграммы видно, что для биотитов из мета-морфитов, образованных по пелитовым исходным породам в условиях от зеленосланцевой до амфиболитовой фаций, связь АlIV с температурой отсутствует; она проявляется в гранулитовой фации метаморфизма. В данном случае биотиты обнаруживают некоторое понижение А1IV до 30—32,5%, обычно же для биотитов из гранулvтов глиноземистость снижается за счет AlVI. Одновременное возрастание содержания титана (TiO2) в биотитах следует объяснить изоморфизмом с катионами шестерной координации.
А.А. Маракушев установил, что в гранитоидах и нефелиновых сиенитах глиноземистость биотитов обусловлена температурными условиями становления этих породи общей щелочностью расплава. В гранитах связь между биотитами различной глиноземистости, согласно названному автору, осуществляется по уравнению: (5+0,5n)Н4Ка (Fe, Mg)5Al4Si5O24 + 2InSiO2 + (3nK2O) - 5H4K2 (Fe, Mg)5+0,5n АI4-n Si5+0,5t O24 + 7nKAlSi3O8 + (nН2O).
Из этой реакции видно, что по мере возрастания температуры и щелочности глиноземистость биотитов снижается за счет образования щелочного полевого шпата и уменьшения количества кварца. При содержании в горной породе магнетита глиноземистость биотита можно определить окислительным потенциалом (μO2).
Аналогичные соотношения выводятся для парагенезисов биотита с щелочным полевым шпатом и ортопироксеном из чарнокитов и гиперстеновых гранитов, а также биотита с щелочными полевыми шпатами и нефелином из нефелиновых сланцев и других щелочных пород.
Минералы, относящиеся к группе низкой кремнекислотности, какими являются флогопит, аннит, хлориты, паргасит, ферропаргасит, анальцим и др., при метаморфизме реагируют с кварцем при температуре на 200—350° С ниже верхнего предела их устойчивости при PН2О = 10 МПа (100 ат). Например, аннит (Т1 = 765°, T2 = 545°, T = 220°), анальцим (T1 = 543°, T2 = 278°, T 265°) и т. д.
Водные слюдистые минералы изменчивого состава, в частности иллит, возникают при наиболее низкотемпературном метаморфизме на границе с зоной диагенеза в глинистых осадках путем реакции каолинита с щелочными соединениями. Дальнейший процесс приводит к преобразованию гидрослюд в серицит, фенгит, стильпиомелан, устойчивых при температурах около 400° С. Затем возникает биотит, по составу близкий к флогопит-анниту в парагенезисе с глиноземистым хлоритом.
Оптические свойства биотита следующие: Np = 1,565—1,625; Nm = 1,605—1,696; Ng 1,605—1,696; Ng—Np 0,04—0,08; —2V = 0—25°. У флогопита оптические показатели несколько иные: Np = 1,530—1,590; Nm 1,557—1,637; Ng = 1,558—1,637; Ng—Np = 0,028—0,049; —2V = 0—15°.
Флогопит встречается в щелочных лавах западной Австралии, центральной Африки, штата Вайоминг (США). Он является обычным минералом якутских кимберлитов; обнаружен он также в эклогитовом включении в кимберлитовойтрубке в южной Африке. Биотит широко распространен в гранодиоритах, гранитах, сиенитах, горных породах, возникших путем контаминации кислой магмой базитов. Фенокристаллы биотита описаны в кислых лавах, иногда они расположены в пустотах кислых вулканитов (Монте-Сомма, Албанские горы, Италия). Биотит вулканического происхождения иногда имеет буро-красный цвет, вследствие окисления Fe2+ в Fe3+.
В гранитных и щелочных пегматитах встречаются крупные кристаллы биотита. Такие биотиты известны в пегматитах северной Карелии, в Ильменских и Вишневых горах на Урале, в Гренландии, Скандинавии (в Евье была встречена пластина биотита в 7 м2). В гидротермальных рудных жилах биотит содержится весьма редко.
Широко распространены биотиты в метаморфических породах. К наиболее типичным метаморфитам, в которых биотиты являются ведущими минералами, относятся слюдяные сланцы и гнейсы — биотитовые, биотит-серицитовые, биотит-хлоритовые, биотит-кварцевые и др. В них могут входить также гранат, кианит, иногда жедрит, плагиоклаз и др.