Класифікація і характеристика мінералів групи польових шпатів. За якими ознаками можна відрізнити калієві польові шпати від плагиоклазов. Їх поширеність в природі і практичне значення
Польові шпати (ПШ), найважливіше сімейство породоутворюючих мінералів; складають приблизно 60% об'єму земної кори (до 50% її маси). Назва походить від шведських слів feldt, або f ält - поле і spar, або spat - шпат (шведські селяни часто знаходили на своїх полях шматки шпату).
А також пов'язане з грецьким «спати» - пластина, через здатність розколюватися на пластини по спайності.
ПШ є алюмосиликатами калію, натрію, кальцію, рідше барію, дуже рідко стронцію або бору та рідкісні шпати екзотичного складу - бадінгтоніт (NH 4) AlSi 3 O 8 × 0,5 H 2 O, рубіклін Rb (AlSi 3 O 8), і Ва - Sr складу. Склад ПШ можна виразити загальною формулою АВ 4 Про 8, А = К, Na, Ca, іноді Ba, в невеликих кількостях Rb, Cs, Li, Sr; Pb; Mg (Ti); B = Si Al, в невеликій мірі Fe 3 +, Ti, B. Таким чином, більшість ПШ є представниками потрійної системи K [ALSi 3 O 8] (Or) - Na [ALSi 3 O 8] (Ab) - Ca [Al 2 Si 3 O 8] (An), в якій намічаються два ізоморфних ряду : 1) альбіт (Ab) - ортоклаз (Or), 2) альбіт (Ab) - анортит (An).
При високих температурах існують безперервні ряди твердих розчинів у межах кожної серії (див. рис.). Серед плагиоклазов розрізняють (в дужках вказано вміст CaAl 2 Si 2 O 8 в мол.%): Альбіт (0-10), олігоклаз (10-30), андезин (30-50), лабрадор (50-70), бітовніт ( 70-90) і анортит (90-100). Серед лужних ПШ виділяють (у дужках вказано вміст NaAlSi 3 O 8 в мол.%): Санідін (0-63), ортоклаз (O), мікроклін (О), що представляють собою поліморфні модифікації KAlSi 3 O 8, і анортоклаз (63 - 90).
Основа кристалічна структури ПШ-тривимірний каркас, побудований з тетраедрів SiO 4 і AlO 4, пов'язаних між собою вершинами. Тетраедри в каркасі зчленовуються таким чином, що утворюють чотирьохчленні кільця, які в свою чергу об'єднуються в колінчасто-зигзагоподібні ланцюжки, витягнуті паралельно кристалографічні осі а. Між сусідніми ланцюжками є великі порожнини, в яких розташовуються катіон-лужних або лужноземельних металів. координовані в залежності від їх розміру з дев'ятьма (у випадку К) або шістьма-сімома (Na, Ca) іонами кисню.
Симетрія структури з катіонами Na + і Ca 2 + Триклінна. Калієві польові шпати можуть бути як тріклінной (мікроклін), так і моноклінної (санідін, ортоклаз). У залежності від розташування атомів Al і Si по можливих тетраедричних позиціях КПШ бувають впорядкованими (певні позиції зайняті тільки атомами Al, разупорядкований (атоми Al і Si розподілені статистично) і з проміжною ступенем упорядкованості. Разупорядкований ПШ, як правило, високотемпературні, впорядковані - низькотемпературні.
Температура плавлення чистого KAlSi 3 O 8 при атмосферному тиску 1150 0 C. Чисті альбіт NaAlSi 3 O 8 і анортит CaAl 2 Si 3 O 8 при тиску 10 5 Па плавляться при 1118 і 1550 0 C відповідно. У присутності H 2 O при підвищенні тиску температура плавлення ПШ знижується, і при 5-10 8 Па альбіт, наприклад, плавиться при 750 0 C, анортит - при тисячі двісті двадцять п'ять 0 C. Кристалізується плагіоклаз завжди містить більше іонів Ca 2 +, ніж рідина, з якою він перебуває в рівновазі.
Серед ПШ виділяють дві головні групи: 1) Калев польові шпати (КПШ), до яких поряд з ортоклазом і мікрокліном відносять санідін (K, Na) [AlSi 3 O 8], 2) натрій-кальцієві ПШ - плагиоклази (альбіт, олігоклаз, андезин, лабрадор, бітовніт, анортит).
Особливе місце серед ПШ займають рідкісні в природі члени ряду Or - Cn (Ba [Al 2 Si 2 O 8] - цельзіан).
Фізичні властивості ПШ також подібні. Всі вони мають досконалу спайність в двох напрямках (паралельних базального і бічного пінакоідам, утворюють прямий або близький до прямого кут), однакову твердість 6, щільність від 2,55 до 2,76 (у барієвих польових шпатів - до 3,1-3, 4). Два дуже рідкісних ПШ - барієвий банальсіт і стронцієвий строналсіт - мають ромбічної сингонії. ПШ - головні породообразующие мінерали більшості вивержених гірських порід (крім ультраосновних, піроксенітах і деяких лужних порід), а також багатьох метаморфічних порід (гнейсів та ін.) Тип і склад ПШ в значній мірі визначають назву породи. ПШ складають більшу частину обсягу пегматитів і можуть зустрічатися в гідротермальних жильних родовищах. Вони схильні до вивітрюванню (хімічному впливу атмосферних агентів і просочуються грунтових вод), що приводить до розкладання польових шпатів з утворенням різних глинистих мінералів.
Спайність під прямим кутом дала ім'я моноклінного ПШ ортоклаз (грец. - «прямо колеться») - алюмосилікати калію KAlSi 3 O 8. Хоча ортоклаз найчастіше зустрічається у вигляді неправильних зерен у вивержених гірських породах, він може утворювати таблітчатиє кристали з найбільш розвиненою гранню, паралельної бічного пінакоіду. Досить часто відзначаються двійники, особливо Карлсбадська типу, з поворотом навколо Двійникові осі с (вертикальної) і площиною зрощення по боковому пінакоіду. Забарвлення зазвичай світла, найчастіше біла, нерідко від рожевої до червоної (через розсіяних часток гематиту), іноді жовтувата або сіра. Ортоклаз відрізняється найнижчою щільністю серед ПШ - 2,55-2,56. Безбарвна, що просвічує або прозорий різновид ортоклаза у вигляді кристалів, що мають схожість з ромбоедрів, відома як адуляр; якщо у нього спостерігається ніжно-блакитна ірізациі, то його називають місячним каменем.
Склоподібний санідін KAlSi 3 O 8 зустрічається у вигляді вкрапленніков в ріолітов та інших кислих ізлівшіхся гірських породах, дуже часто в трахіту, а також у деяких малоглубінних калієвих лужних інтрузивних породах типу синнирітов (названі по Синнирскому масиву у Північному Прибайкалля). Найтиповіша обстановка знаходження ортоклаза - граніт, який може містити до 60% цього мінералу (однополевошпатовий граніт). У граніті замість ортоклаза часто присутній тріклінной КПШ мікроклін. До інших інтрузивним породам зі значною участю ортоклаза відносяться гранодіорит і сієніт. Ефузивні аналоги кислих інтрузивних порід - ріоліт, дацит і трахіт - також містять ортоклаз, хоча нерідко він там заміщений санідіном. Крім того, ортоклаз присутній у гнейсах, мігматити та інших породах високого ступеня метаморфізму, що утворилися за участю гранітизації. Він може з'являтися як жильного мінералу в гідротермальних жилах, особливо високотемпературних. Нарешті, ортоклаз зустрічається в польовошпатових пісковиках (аркозо), при формуванні яких піщинки накопичувалися так швидко, що руйнування польового шпату з утворенням глинистих мінералів не відбувалося.
Мікроклін представляє собою тріклінной КПШ з тією ж формулою, що й у ортоклаза, - KAlSi 3 O 8. Натрій може частково заміщати калій (але в меншій пропорції, ніж у ортоклаз). Високотемпературний тріклінной лужної ПШ, в якому натрію більше, ніж калію, називається анортоклазом (Na, K) AlSi 3 O 8; він характерний для деяких багатих натрієм ефузивних, рідше інтрузивних, лужних порід. За своїм фізичним властивостям, включаючи характер двійникування, анортоклаз дуже схожий на мікроклін. Хоча мікроклін і є тріклінной, відхилення осі b від напрямку 90 становить всього 30, так що відмінності кута спайності у мікрокліну і ортоклаза недостатні для візуальної диференціації цих мінералів. Крім Карлсбадська та інших простих двійників, властивих ортоклаз, мікроклін може бути полісінтетіческі сдвойнікованние по альбітовому законом, коли бічний пінакоід є одночасно Двійникові площиною і площиною зрощення, і по перікліновому законом, коли Двійникові віссю служить вісь b. Перетин цих двох серій Двійникові смужок майже під прямим кутом створює ефект «грати» при спостереженні мікрокліну під мікроскопом у поляризованому світлі. Однак гратчастими є лише т.зв. максимальні мікрокліну, що характеризуються найбільшим ступенем структурної впорядкованості. Колір мікрокліну в основному білий, часто від рожевого до червоного (через гематитової «пилу»), сірий (в рідкіснометальних пегматитах - до темно-сірого), а іноді зелений (амазоніт).
Закономірні взаімопрорастанія кварцу і ПШ (зазвичай мікрокліну) називають письмовим гранітом, або єврейським каменем, так як за формою вростками кварцу він нагадує іудейські письмена. Орієнтовані зрощення мікрокліну і натрієвого польового шпату альбіта, що утворює в мікрокліну пластинчасті вростки, називаються пертітом. Мікроклін зустрічається у вивержених породах замість ортоклаза або поряд з ним. Це переважний польовий шпат і разом з тим найпоширеніший мінерал гранітних пегматитів, в яких його окремі кристали можуть досягати декількох метрів у поперечнику (наприклад, з кристала, знайденого в Карелії, отримали понад 2000 т польовошпатової сировини, тобто його обсяг становив ~ 80 м 3). Амазоніт, використовуваний як декоративно-виробний камінь, добувається в США (поблизу Флоріссанта, Колорадо), в Росії (на Уралі, Кольському півострові і в Забайкаллі), на Мадагаскарі. Калієво-натрієві польові шпати - ортоклаз, мікроклін, санідін, анортоклаз, а також альбіт - часто називають лужними. Вони складають одну з головних груп в сімействі польових шпатів.
Інша група ПШ - плагиоклази (тріклінной натрієво-кальцієві польові шпати) - утворює безперервний ряд від натрієвого плагіоклазу альбіта NaAlSi 3 O 8 до вапняного (кальцієвого) плагіоклазу анортита CaAl 2 Si 2 O 8. Плагиоклази трохи важче, ніж калієві польові шпати, їх щільність зростає від 2,62 (альбіт) до 2,76 (анортит). Кут між напрямками спайності по базального і бічного пінакоідам у альбіта 93, а у аноріта - 94. Плагиоклази майже завжди сдвойнікованние по альбітовому законом. Оскільки це двійникування повторюється багато разів в кожному окремому зразку (полісінтетіческіе двійники), площини базальної спайності плагиоклазов покриті паралельними штрихами, які представляють собою сліди виходу на поверхню Двійникові швів і контактів між сдвойнікованние індивідами.
Плагиоклази зазвичай поділяються на шість мінеральних видів, але межі між ними умовні. Класифікація заснована на співвідношенні між чистою альбітовой (Ab) молекулою (NaAlSi 3 O 8) і чистої анортітовой (An) молекулою (CaAl 2 Si 2 O 8). Найпоширеніший мінерал серед плагиоклазов - альбіт, його склад (в мол.%) 100-90% Ab і 0-10% An. Він зустрічається разом з іншими лужними польового шпату в лужних гранітах і ріолітов, лужних сиенітах і трахіту. Дуже поширений у вигляді пертітових зрощень з мікрокліном в гранітних і сієнітових пегматитах, а також в прожилках і тілах заміщення в пегматитах. У таких умовах альбіт утворює або таблітчатиє і крупношарового розеткоподібні агрегати, часто ніжно-блакитного кольору, звані клевеландітом, або масивні дрібнозернисті агрегати «сахаровідного» альбіта. Подібно ортоклаз, альбіт і наступний член ряду - олігоклаз - можуть іноді проявляти переливчастість кольору (молочно-білий і блакитнувату ірізациі), хоча й більш слабку; тоді його називають місячним каменем. Альбіт вельми поширений в зелених сланцях - метаморфічних породах низькому ступені метаморфізму. Олігоклаз містить 70-90% Ab і 10-30% An і поряд з андезин, наступним членом ряду плагиоклазов, є головним компонентом вивержених порід кислого і середнього складу, в тому числі гранітів, гранодиоритов, монцонітів, сієнітів, діоритів та їх ефузивних аналогів. Олігоклаз з включеннями гематиту, що додає йому мерехтливий блиск, називають сонячним каменем (бувають також альбітовие, ортоклазовие, мікрокліновие сонячні камені). Олігоклазовий місячний камінь носить назву біломоро. Наступний член плагіоклазовие ряду, що містить 50-70% Ab, удосталь присутній в андезитового лавах в Андах і тому названий андезин. Основний (багатий кальцієм) плагіоклаз, який містить 50-70% An, отримав назву лабрадориту за місцем першої знахідки мінералу на п-ові Лабрадор (Канада), де містять його породи (анортозита) залягають у вигляді великих масивів. Спайние площині лабрадориту проявляють дуже красиву ірізациі. Лабрадорит - єдиний істотний компонент гірської породи, що називається анортозитів, а також головний (поряд з піроксенами) породоутворюючий мінерал інших видів основних вивержених порід, включаючи габро і базальти. Бітовніт (70-90% An) і анортит (90-100% An) відносно рідкісні. Вони можуть зустрічатися спільно з лабрадоритом чи нарізно в основних вивержених породах.
Лужні ПШ, особливо калієві, у меншому ступені альбіт, широко використовуються в промисловості. Їх джерелом служать пегматити, переважно керамічні та слюдоносние, почасти рідкометальних, з яких іноді витягають також слюду, рідше берил, колумбіт та інші цінні мінерали.
КПШ - необхідний інгредієнт тонкої кераміки та електрокераміки, оскільки входить до складу порцелянової шихти, широко споживається скляно-керамічної промисловістю, у виробництві фарфорових виробів (включаючи самі вироби і глазурі), а також емалей. Польові шпати видобуваються в США, Канаді, Швеції, Норвегії, Фінляндії, Німеччини, Чехії, Італії, Китаї та інших країнах. У Росії видобуток калієвого польового шпату зосереджена в основному в Карелії і на Кольському півострові; альбіт для скляної промисловості добувається також на Уралі. Місячний і сонячний камені, амазоніт і рідко зустрічається прозорий жовтий залізистий ортоклаз з пегматитів Мадагаскару - ювелірно-виробне каміння.
Умови утворення, мінеральний склад і практичне значення гранітних пегматитів
Пегматити (франц. pegmatite, від грец. P égma, родовий відмінок p égmatos - скріплення, зв'язок, щось згуртоване), вивержені, переважно жильні породи, що володіють такими властивостями і особливостями: великими розмірами складають мінералів; підвищеним вмістом мінералів, що містять легколетучие компоненти - воду, фтор, хлор, бром і ін; складним і різноманітним мінеральним складом, в якому разом з головними мінералами, загальними для пегматитів і материнських порід, значне місце займають мінерали рідкісних і розсіяних елементів, таких, як Li, Rb, Cs, Be , Nb, Ta, Zr, Hf, Th, U, Sc і ін; наявністю великої кількості мінералів, що утворюються в процесі метасоматичного заміщення та гідролізу польових шпатів. Концентрація легколетучих, рідкісних і розсіяних елементів у П. інколи в сотні і тисячі разів більше, ніж у відповідних материнських породах.
Термін «пегматит» був вперше введений в 1801 французьким вченим Р.Ж. Аюї для позначення письмового граніту, або, однією із структурних різновидів пегматиту - єврейського каменю, який дуже часто зустрічається в пегматитах.
Більше поширення і практичне значення мають гранітні пегматити, генетично пов'язані з інтрузіями гранітів. Серед них виділяють декілька типів. Слюдяні пегматити утворюються на великих глибинах (понад 6 км) і складаються з плагіоклазу, мікрокліну, кварцу, мусковіту, біотиту, чорного турмаліну, апатиту, берилу, порівняно з ін пегматитами вони бідні мінеральними видами і служать джерелом одержання листового мусковіту, керамічних матеріалів - мікрокліну і кварцу.
Рідкіснометалеві П. формуються на середніх глибинах (4-6 км), містять мікроклін, кварц, альбіт, іноді сподумен, мусковіт, лепідоліт і берил, а також кольорові турмаліни, колумбіт, танталіт, каситерит, поллуціт та ін; характерні процеси метасоматичні заміщення (альбітізація, грейзенізація); служать джерелом отримання Li, Cs, Be, Ta, Sn, а також аквамарину, Геліодора, топазу і ін
Хрусталеносние П. утворюються на відносно невеликих глибинах (3-4 км), містять мікроклін, кварц, а також альбіт, мусковіт, біотит, і служать джерелом отримання гірського кришталю (п'єзооптичної сировини) й оптичного флюориту, іноді топазу, берилу, аметисту, які розміщуються на стінках порожнин у кварцових зонах жив.
П. мають велике практичне значення. Вони є основним джерелом польових шпатів для керамічної і скляної промисловості, слюди і п'єзокварцу - для електротехнічної промисловості, а також дорогоцінних каменів. У Росії найбільшою популярністю користуються П. Карелії, Україна, Уралу; за кордоном - Швеції, Норвегії, США.
Мінерали пегматитів
Типи пегматитів | Головні мінерали | Другорядні мінерали |
Гранітні пегматити (керамічні та мусковитовий) | Плагіоклаз, мікроклін, кварц, мусковіт, біотит | Гранат, берил, монацит, циркон, апатит |
Гранітні пегматити (рідкіснометалеві) | Клевеландіт, кварц, мікроклін, сподумен, лепідоліт | Мусковіт, берил, турмалін, каситерит |
Гранітні пегматити (хрусталеносние) | Кварц, гірський кришталь | Мусковіт, біотит, димчастий кварц, моріон, альбіт, берил |
Гранітні пегматити «лінії схрещення» | Флогопіт, біотит, тальк, хлорит, актиноліт, плагіоклаз | Рогова обманка, берил (смарагд), кварц, мусковіт, флюорит |
Лужні пегматити | Мікроклін, нефелін, егіриніт, альбіт, рогова обманка | Мусковіт, біотит, сфен, пірохлор, ільменіт, циркон |
Існує кілька версій освіти пегматитів:
Версія 1. За теорією академіка А.Є. Ферсмана освіта пегматитів відбувається наступним чином. При кристалізації гранітної магми утвориться залишковий силікатний розплав, збагачений присутністю рідкіснометалевих і рідкоземельних елементів, і летючими речовинами (сполуками фтору, хлору, бору). У силу різниці тиску, цей склад витісняється з основних мас породи і заповнює собою тріщини, порожнини. Під час витіснення пегматитових мас, може відбуватися реакція розплаву з вміщуючими породами, при цьому одні речовини можуть виноситися з розплаву, інші навпаки проникати в нього. Відбувається процес асиміляції.
Версія 2. На думку акад. О.М. Заваріцкого, пегматити утворюються не шляхом кристалізації залишкового розплаву, а є результатом перекристалізації порід під впливом газових розчинів. Тобто є постмагматіческіх утвореннями.