1 / 52

СЛОИСТЫЕ СИЛИКАТЫ

СЛОИСТЫЕ СИЛИКАТЫ. Белые слюды Биотит 3. Хлорит 4. Серпентин 5. Тальк.

dallon
Download Presentation

СЛОИСТЫЕ СИЛИКАТЫ

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. СЛОИСТЫЕ СИЛИКАТЫ • Белые слюды • Биотит • 3. Хлорит • 4. Серпентин • 5. Тальк

  2. Для слоистых силикатов характерны многочисленные фазовые переходы, особенно по оси с (политипизм). Поэтому различаются они главным образом размером именно этого параметра при относительном постоянстве а и b. Это видно из таблицы параметров элементарных ячеек (Å)

  3. Рентгено-структурными исследованиями в слоистых силикатах установлено шесть полиморфных разновидностей. Некоторые полиморфные разновидности слоистых силикатов (Дир и др., 1966) Среди моноклинных широко проявлен полиморфизм по оси с, т.е.политипизм. Наиболее распространенной считается модификация 1М. Остальные политипы редки.

  4. Белые слюды В группе слюд по изоморфным замещениям выделено 12 разновидностей, из которых для наших целей наиболее важны лишь три: МУСКОВИТ (Ms) KАl3Si3O10(OH)2 ПАРАГОНИТ (Pg) NaAl3Si3O10(OH)2 ФЕНГИТ (Phg) KAl3-2n(Mg,Fe)nSi3+nO20(OH)2 Состав белых слюд в ряду Ms-Pg с достаточной степенью точности можно определить по рентгеновским параметрам. Как и в других K-Na минералах, в твердом растворе Pg-Msесть широкая область распада

  5. Термодинамические свойства мусковита и его твердого раствора с парагонитом GoT(ккал/моль) = -1421.309 + 30.941 (T.10-2) – - 0.10076(T.10-2)2 +0.0077(T.10-2)3, гдеT– температура в градусах К. Vm(кал/бар/моль) = 3.144+ 0.226XMs+ 0.0941XMs(1-XMs) Ge(кал/моль) = [3082.1 + 0.0822P + 0.1698Т(1-XMs)X2Ms] + + [4163.9 +0.1259P + 0.3594ТXMs(1-XMs)2] где Т - в градусах C, а Р – давление, кбар. Концентрационные зависимости VmиGeпоказаны на соответствующих диаграммах

  6. Устойчивость мусковита в гранитах определяется следующей реакцией: KАl3Si3O10(OH)2+6SiO2+(K2O) = 3KAlSi3O8+Н2О, а в метаморфических породах Ms + Qtz = Or+ Al2SiO5 + Н2О Ms= Or+ Al2O3 + Н2О Par = Ab + Al2O3 + Н2О Par + Qtz = Ab +Al2SiO5 + Н2О Пределы стабильности Ms и Prg в зависимости от Р и Т показаны на следующем слайде.

  7. Распространённость Мусковит встречается в пегматитах и двуслюдяных гранитах, метапелитах, разнообразных сланцах, а парагонит - в глаукофановых сланцах, эклогитах, зеленых сланцах. Мусковит- обычный минерал гидротермальных жил в гранитах, зон вторичного окварцевания. Проблема образования двуслюдяных гранитов. Возрастание давления воды в системе приводит к расширению полей стабильности расплава в низкотемпературную область, а Ms – в высокотемпературную. В результате солидус гранита и моновариантная линия реакции Or+Al2SiO5+ Н2О =Ms+Qtzпересекаются в точке, выше которой из расплава может кристаллизоваться Ms(см. диаграмму). Вместе с тем смещение реакции вправо обозначает невозможность кристаллизации Al2SiO5 из расплава: в граните всегда присутствует Kfs.

  8. Фенгит Со времени открытия ультравысокобарных комплексов, содержащих коесит, и/или алмаз, усилился интерес к фенгиту. Он встречается практически во всех эклогит-глаукофановых комплексах мира и в соответствии со своей формулой имеет переменное содержание Si. В фенгите из ультравысокобарных комплексов содержание Si в выше, чем из пород менее глубинных комплексов. На этом основании Массонe и Шрайер (Massone & Schreier, 1987) установили пределы стабильности фенгита с кварцем в зависимости от Т и РН2О. Выяснилось, что с ростом РН2О содержание Si в кристаллохимической формуле фенгита KAl3-2n(Mg,Fe)nSi3+nO20(OH)2увеличивается (см. диаграмму). На её основеопределили, что Рs~РН2О в ультравысокобарных комплексах достигает 25 кбар.

  9. БИОТИТ K2(Fe,Mg)5+0.5nAl4-nSi5+0.5n(OH)4O20, где 0 <n < 2 Кристаллическая структура биотита состоит из отрицательно заряженных слоев 2:1, которые компенсированы и связаны крупеыми положительно заряженными катионами (K+1, Na+1). Слой 2:1 содержит два тетраэдрических и один октаэдрический лист. Три кислорода свободных вершин тетраэдров идет на образование колец. Четвертая вершина тетраэдра, направленная по нормали к слою, участвует в образовании смежного октаэдрического листа.

  10. Важнейшие типы изоморфизма 3(Fe,Mg)2+<> 2Al+3и4Al<>3Siопределяют глинозёмистость биотита, которая является индикатором изменения внешних условий его кристаллизации в разнообразных парагенезисах.

  11. Некоторые реакции с участием биотита В гранитоидах и нефелиновых сиенитах глиноземистость, XAlBt =Al:(Al+Fe+Mg+Si),биотита зависит от температуры и общей щелочности. Эта зависимость определяется из условий смещенного равновесия: в гранитоидах: (a)(5+0.5n)H4K2(Fe,Mg)5Al4Si5O24 + 21nSiO2 + (3nK2O) = 5H4K2(Fe,Mg)5+0.5nAl4-nSi5+0.5nO24 + 7nKAlSi3O8 + (nH2O), т.е. BtAl + Qtz +(K2O) =>Bt >Al+ Fsp + (H2O). Эта реакция показывает, что c возрастанием температуры (-Н2О) и щелочности XAlBt снижается за счет бразования Fsp и уменьшения количества Qtz.Если же в породе присутствует магнетит, то XAlBtопределяется еще и окислительным потенциалом (О2): (b) 3H4K2Fe5+0.5nAl4-nSi5+0.5nO24 + 3(7-3.5n)SiO2 + (0.5n+5)O2+ +(3-1.5n)K2O = 3(4-n)KAlSi3O8 + (5+0.5n)Fe3O4 + 6(H2O), т.е. Bt + Qtz + (K2O + O2) = Or + Mag + (H2O).

  12. Реакциями (a)и (б) определяется предел устойчивости Bt не только в гранитах, но и в любых кварцсодержащих породах. При постоянстве fO2 можно качественно наметить поля стабильности Bt, и Bt+Qtz в зависимости от Т и щелочности. Минеральные фации щелочности, выведенные на основе на составе глиноземистости биотита (цифры у индекса Bt)

  13. На диаграмме K2O- Н2О видны условно моновариантные линии этих равновесий при O2= const. Изоплеты глиноземистости биотита в разных парагенезисах отражают влияние Т(- Н2О) и щелочности на рассмотренные равновесия. На диаграмме также видно, что Bt из нефелиновых сиенитов и щелочных гранитов беднее глиноземом, чем Bt из двуслюдяных гранитов, пегматитов и обычных биотитовых гранитов. Возрастание щелочности фиксируется снижениемXAlBt при гранитизации метапелитов и сланцев. В гнейсах и мигматитах глиноземистость биотитов отличается заметно, тогда как XMgBtпочти не изменяется. Внефелинсодержащихпородах - в независимости от их генезиса, - протекают иные реакции. Например,в ходе дивариантной реакции BtFe + O2+ (Na,K)2O = Ne +Fsp + Mag + (H2O) c увеличением щелочностиXMgBt возрастает, что хорошо видно на диаграмме (Na,K)2O- Н2О

  14. Рассмотрим экстремальное изменение глиноземистости биотита в зависимости от щелочности в миаскитах и сиенитах Ильменского заповедника.

  15. Реакцию с участием Bt, Ne, Fspи флюида можно записать так: 1.2H4K2(Mg,Fe)5Al4Si5O24 + 1.4KAlSi3O8 + (2.1Na2O) = H4K2(Mg,Fe)6Al2Si6O24+4.2NaAlSiO4+ (0.4H2O+0.9K2O) илиже Sid-East + Or+(Na2O) => Phl-Ann + Ne+(H2O+K2O). С возрастанием Na2O (снижением температуры) и щелочности (увеличение K/Na) эта реакция смещается влево. Т.е. в биотите возрастает содержание Al, а по нефелину развиваетсяKfs. Однако в природе соотношения оказываются более сложными: при постоянстве mH2O(Т~const) увеличение mNa2O сначала приводит к возрастанию mК2O, который затем снижается, но при дальнейшем увеличении mNa2O вновь возрастает. Об этом можно судить из реакции: 1.2[Sid-East] + 1,4K1-nNanAiSi3O8 + (0.4-0.7n)Na2O = = [Phl-Ann] + K0.2Na0.8AlSiO4 + (0.6 –0.7n)K2O + 0.4H2O

  16. Вариации твердого раствора нефелина в миаскитах незначительны. Поэтому при Т = const и P = const производная должна пройти через два экстремума при изменении K/Na отношения во флюиде или расплаве: с увеличением mNa2O химический потенциал K2O сначала достигает максимума, а затем минимума. Значения экстремумов фиксируются такими составами калишпата: XAbFsp= 0.571 и XAbFsp =0.857, соответственно. Вплоть до первого экстремума глиноземистость Btв равновесии с Kfs и Neснижается (производная положительная), а реакция смещается вправо. Между первым и вторым экстремумами XAbFsp увеличивается, т.к. реакция смещается влево (производная отрицательная). В точке второго экстремума 1.2(East–Sid) + 1.4K0.143Na0.857AlSi3O8 = (Phl-Ann)+0.2(Na2O + 0.2H2O). дК2О0.4 – 0.7n дNa2О0.6 – 0.7n

  17. Это значит, что на диаграмме (Na/K)Bt - (Al/Si)Bt должен быть хотя бы один экстремум отношения (Al/Si)Bt, в равновесии Bt с Ne и Fsp. Феррибиотит - тетраферрифлогопит или же KFe32+Fe3+Si3O10(OH)2 - KMg3Fe3+Si3O10(OH)2. Тетраферрифлогопит (KMg3Fe3+Si3O10(OH)2) известен еще с конца XIX века (Флебэр,1889), а феррибиотит обнаружен в начале ХХ века при изучении железистых кварцитов. Д.Уонс (Wones, 1958) синтезировал феррибиотит при Р =2 кбар. У нас в России он встречается в Ковдоре (Кольский полуостров). В 1973 г. в нашей лаборатории из Kfs в содовом растворе при Р = 1 кбар и Т = 500оС был синтезирован Btтакого состава : [K0.35Na0.11(H2O+)0.634][Mn0.027Mg0.557Fe1.008Ti0.011Fe1.397Fe0.811] [Al0.403Si2.786][O10(OH)0.413F0.387O1.2]12 Он близокк феррибиотиту, хотя и содержит некоторые примеси флогопит-аннита и тетраферрифлогопита.

  18. Мольный объём биотита Он зависит от ХAlBt = Al/(Al+Fe+Mg+Ti+Si) и XMgBt= Mg/(Mg+Fe). Если XAl= 0.18, то Ve =12XMgBt(1- XMgBt), но при XAl= 0.25, Ve = 20XMgBt(1- XMgBt).

  19. Стабильность биотита по экспериментальным данным а) Стабильность аннита

  20. Cтабильность твердого растворафлогопит-аннит в зависимости от Т и lnfO2 приРН2О= 2.07 кбар (Wones & Eugster, 1965) Цифры на изоплетах – мольные доли аннита в твердом растворе Phl-Ann. БогатыйPhlбиотит стабилен при низких значениях Т и fH2O Диаграмма позволяет оценить летучесть кислорода по составу биотита в определенном парагенезисе. Но для этого необходимо знать температуру. На помощь приходят геотермометры.

  21. Биотит-гранатовый термометр (Перчук, 1967)

  22. СЕРПЕНТИН H4Mg3Si2O9 Изоморфизм: Mg  Fe, Mg+Fe  Al, Al Si. Изменение параметров элементарной ячейки (Å)серпентинав зависимости от содержания Al в твердом растворе H8Mg6Si4O18 - H8(Mg5,75Al0,25)6(Si3,75Al0,25)4O18.

  23. Серпентинизация перидотитов и гарцбургитов с учетом изменения состава минералов и окислительного потенциала: (1+2n)Mg2-nFenSiO4+(1-2n)Mg1-nFenSiO3+2H2O+0.333nO2 => => H4Mg3Si2O9 + 0,666nFe3O4, илиже Ol + Opx + H2O + O2 = Spn + Mag. Дивариантные равновесия: I. Замещение оливина: 1.6MgFeSiO4 + 0.6H2O + 0.05O2 => => 0.3H4Mg3Si2O9 + 0.1Fe3O4 + Mg0.7Fe1.3SiO4 или же Ol60 + H2O + O2 = Spn + Ol35 + 0.1Mag I. Замещение ортопироксена: 2.4Mg0.5Fe0.5SiO3 + 0.066Fe3O4+ 0.4H2O => => 0.2H4Mg3Si2O9 + 2Mg0.3Fe0.7SiO3 + 0.7O2, или же Opx50 + Mag + H2O = Spn + Opx30 + O2 Линии постоянного состава минералов для этих реакций показаны на диаграмме Н2О- О2.

  24. Серпентинизация дунитов при остывании: 2Mg2SiO4 + 3H2O = H4Mg3Si2O9 + Mg(OH)2 или же форстерит + вода = серпентин + брусит Некоторые реакции видны на диаграмме Т-РН2О Пределы стабильности серпентина и талька в зависимости от Т и РН2О

  25. ХЛОРИТЫ В отношении политипизма они занимают особое место в общей системе слоистых силикатов * Все параметры элементарных ячеек даны в ангстремах

  26. ХЛОРИТЫ (Fe1-mMgm)2+nAl2-2nSi2-2nO5(OH)4 Основная масса хлоритов соответствует этой формуле при 0.18 <m< 0.95 и 0.75 > n >0.12 * Chr выбран в качестве минала в соответствии с параметром элементарной ячейки с=14.3 ангстрем

  27. Для ряда клинохлор - дафнит получены такие зависимости: XMg= 70.104 – 12.987ao XMg = 149 – 27.78bo V (Å3) = (41.941 - XMg)/0.0588 V (см3/моль) = (41.941 - XMg)/0.391 Хлориты по химизму и изоморфизму разделяются на окисленные и не окисленные(Дир и др., 1966). Окисленные хлориты появляются в результате замещенияAl<=>Fe3+.Такую классификацию предложил Хей (Hey,1954). В хлоритах нередко много хрома. Если он входит в октаэдрическую координацию вместо Al, то возникаеткеммерерит, а в тетраэдрическую - кочубеит. Существует множество классификаций хлоритов, основанных на различных принципах (химическом, структур-ном, генетическом и т.п.), но важно учитывать связь между изоморфизмом и политипией. Изоморфизм во многом определяется равным количеством тальковых Mg3Si4O10(OH)2 и бруситовых Mg(OH)2 слоев в структуре хлоритов.

  28. Основные схемы изоморфизма в Fe-Mg-Al хлоритах (на 10 кислородов) Шамозит Амезит Fe4Al4Si2O10(OH)8(14Å)Mg4Al4Si2O10(OH)8 Fe6Si4O10(OH)8 Mg6Si4O10(OH)8 Гриналит Хризотил

  29. В хлоритах из глиноземистых метаморфических пород (парагенезис Gr + Bi + Ky + QzMsFsp) обнаружен (Перчук, Рябчиков, 1976) изоморфизм (Fe+2, Mg)+ Si  2Al. Изоморфизм (Mg, Fe2+, Mn)+Si <=> 2Al в хлоритах из метаморфических пород по 60 анализам хлоритов, ассоциирующих с Grt, Bt и/или Ms При этом установлено, что XAlChlснижается при увеличении Т метаморфизма. Это следует из реакцииChlAl+Qtz=> Al2SiO5 (Ky) + Chl<Al + H2O, т.е. (2+n)(Fe, Mg)2Al2SiO5(OH)4 + 4nSiO2=> => 3nAl2SiO5+ 2(Fe, Mg)2+nAl2-2nSi1+nO5(OH)4 + 2n(H2O)

  30. Тест на природных хлоритах показал, что это действительно так. При этом возрастает XFeChl, что строго определяется принципом фазового соответствия (Перчук, Рябчиков, 1976).

  31. Диаграмма P –lH2O,иллюстрирующая влияние PиТна состав хлорита в парагенезисе Chl+Ky+Qtz+Grt Сиреневые изоплеты – глинозёмистости (Al/(Y+Z), а желтые – железистость 100Fe/(Fe+Mg). Видно, что с увеличением Т и Р сопряженно возрастает глинозёмистость и железистость хлорита, что соответствувет данным предыдущей диаграммы.

  32. Распространённость хлоритов Хлориты встречаются во многих низкотемпературных метаморфических породах (зеленые и глаукофановые сланцы, породы эпидот-амфиболитовой фации). Они - обычные продукты изменения темноцветных минералов магматических пород. Chlтакже развит в зонах кислотного выщелачивания (окварцевание, грейзенезация, алунитизация и т.п.). Составы хлоритов и сосуществующих слюд из этих пород могут служить источниками информации о режиме кислотности растворов и температуры (Marakushev & Perchuk, 1966), что было доказано и экспериментально (Кольцов, 1992).

  33. 1 - линии моновариантных равновесий, 2,3 и 4 - изолинии содержания AlIV(форм. ед.): 2 - в мусковите, 3 - в хлорите, 4 - в биотите. Диаграмма Т-lg (aK+/aH+) полей устойчивости слюд и хлоритов переменного состава при РН2О=1 кбар (Кольцов, 1992).

  34. Стабильность магнезиального хлорита в зависимости от Т и РН2О

  35. ТАЛЬК • (Mg, Fe)3Si4O10(OH)2 • Железистый член твердого раствора, Fe3Si4O10(OH)2,носит название миннесотаит. • Некоторые свойства минералов группы талька: • тальк миннесотаит • Сингония моноклинная моноклинная • V, г/см3 2.58 - 2.83 3.01 • а (Ао) 5.28 5.4 • в (Ао) 9.15 9.13 • с (Ао) 18.9 18.94 • Зональность тальковых месторождений • Месторождения талькитов в гипербазитах • а) На контакте гипербазитов со слюдистыми сланцами. • Например, тальковое месторождение в районе Мортаун, • округ Вашингтон. Здесь серпентиниты контактируютсо сланцами.

  36. Подобные соотношения наблюдаются вблзи Миасса (Ильменское месторождение). Здесь наблюдается такая метасоматическая зональность: Зона 1: Qz + Ab + Bt(сланец) Зона 2: Ab + Phl + Ms Зона хлорита Зона 4: Tlc + Chl Зона талька Зона 6: Srp + Fo + En(серпентинизированный дунит) Несколько иные соотношения наблюдаются в месторожденииКорундум - Хилл, Сев. Каролина, США Зона гнейса Зона вермикулита Зона хлорита Зона антофиллита Зона талька Зона серпентинизированного дунита (Srp+Fo+En) Зона неизмененного дунита (Fo+ En)

  37. Северный Кюсю II. Месторождения талька в магнезитах. Например, в Сатке, что на Южном Урале, тальковые тела залегают в виде небольших гнезд и линзовидных прожилков среди магнезитов. Здесь образование талька идет по реакции: 3MgCO3 + 4SiO2 + H2O = H2Mg3Si4O12 + 3CO2 магнезит кварц тальк III. Месторождения талька в доломитах: 3CaMg(CO3)2+4SiO2+H2O = H2Mg3Si4O12+3CaCO3+3CO2 доломит кварц тальк кальцит

More Related