Description:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 'В.А.Буланов, А.И.Сизых' КРИСТАЛЛОХИМИЗМ ПОРОДООБРАЗУЮЩИХ МИНЕРАЛОВ Учебное пособие Иркутск 2005 0 ББК 26.303Б 90 УДК 549.01(08) Печатается по решению редакционно-издательского совета Иркутского государственного университета Научный редактор: проф. А.И.Сизых Рецензенты: проф. А.Н.Иванов доц. А.А.Белоголов Буланов В.А., Сизых А.И. Кристаллохимизм породообразующих минералов: Учеб. пос. – Иркутск: Иркут. Ун-т, 2005. – 220 с. ISBN 5-9624-0035-6 Учебное пособие обобщает существующие методы оценки термодинамических условий формирования магматических, метаморфических и метасоматических образований, выполненные на основе анализа вариаций химического состава и распределения катионов по основным структурным позициям наиболее распространённых породообразующих минералов. Рассматриваются закономерности распределения петрогенных и малых элементов по структурным позициям оливинов, гранатов, пироксенов, амфиболов, слюд и полевых шпатов в зависимости от Р-Т условий и состава среды. Разработаны алгоритмы расчёта кристаллохимических формул и минерального состава указанных групп минералов. Полнота описания алгоритмов позволяет достаточно легко реализовать их на любых языках программирования. Приведены конкретные примеры расчёта рассматриваемых групп минералов. Пособие рекомендуется студентам геологических специальностей по курсам «Минералогия», «Петрография», «Геохимия». Может быть полезным для широкого круга геологов. ISBN 5-9624-0035-6 © Буланов В.А., Сизых А.И., 2005 © Иркутский государственный университет, 2005 ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ …………………………………………………………………3 ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………….4 1. ФОРМУЛЫ МИНЕРАЛОВ И ПРИНЦИПЫ ИХ РАСЧЁТА…………..5 1.1. Химический состав минералов ………………………………………………5 1.2. Основы плотнейшей упаковки компонентов силикатов …………………..7 1.3 Методы расчёта формул минералов ………………………………………..11 1.3.1 Метод расчёта по кислороду ……………………………………..12 1.3.2 метод расчёта Борнеман-Старынкевич …………………………..13 1.4. Химические составные части породообразующих минералов ………….16 1.5. Контрольные вопросы ………………………………….. …………………19 2. КРИСТАЛЛОХИМИЗМ ОЛИВИНОВ ………………………………….. 21 2.1. Классификация оливинов …………………………………………………. 21 2.2. Особенности расчёта кристаллохимических и минального состава оливинов ………………………………………………………………………….23 2.3. Распределение петрогенных и малых элементов в оливинах ……………25 2.4. Задания для самостоятельных работ ………………………… ..………….35 2.5. Контрольные вопросы ……………………………………………………..36 3. КРИСТАЛЛОХИМИЗМ ГРАНАТОВ ………………………………….. ..38 3.1. Классификация гранатов………………………………. …………………..38 3.2. Особенности расчёта кристаллохимических и минального состава гранатов ………………………………………………………………………….40 3.3. Распределение петрогенных элементов гранатов ………………………42 3.3. Распределение малых элементов гранатов ………………………………55 3.4. Задания для самостоятельных работ……………………………………….64 3.5. Контрольные вопросы ……………………………………………………..65 4. КРИСТАЛЛОХИМИЗМ ПИРОКСЕНОВ……………………………….. 66 4.1. Классификация пироксенов ………………………………………………..66 4.2. Особенности расчёта кристаллохимических и минального состава пироксенов………………………………………………………………………. 71 4.3. Распределение петрогенных и малых элементов пироксенов………….. 75 4.3.1. Ромбические пироксены (ортопироксены)………………………77 4.3.2. Моноклинные пироксены (клинопироксены)……………………….90 4.4. Задания для самостоятельных работ………………………………………101 4.5. Контрольные вопросы …………………………………………………….102 5. КРИСТАЛЛОХИМИЗМ АМФИБОЛОВ………………………….…. 104 5.1. Классификация амфиболов ……………………………………………….. 104 5.2. Особенности расчёта кристаллохимических и минального состава амфиболов………………………………………………………………………. 110 5.3. Распределение петрогенных элементов амфиболов……………………..121 5.3.1. Кальциевые амфиболы …………………………………………. 122 5.3.2. Железо-магнезиальные амфиболы……………………………….129 5.4. Распределение малых элементов амфиболов ……………………………. 132 5.5. Задания для самостоятельных работ………………………………………136 5.6. Контрольные вопросы …………………………………………………….136 6. КРИСТАЛЛОХИМИЗМ СЛЮД………………………………………. 138 6.1. Классификация слюд ……………………………………………….. …… 138 6.2. Особенности расчёта кристаллохимических и минального состава слюд……………………………………………………………………….144 6.3. Распределение петрогенных и малых элементов слюд…………………..147 6.3.1. Группа флогопита-биотита (триоктаэдрические слюды) ………..148 6.3.2. Группа мусковита (диоктаэдрические слюды)…………………..162 6.3.3. Группа литиевых слюд ……………………………………………169 6.4. Задания для самостоятельных работ……………………………………… 174 6.5. Контрольные вопросы …………………………………………………….175 7. КРИСТАЛЛОХИМИЗМ ПОЛЕВЫХ ШПАТОВ…………………….. 176 7.1 Классификация полевых шпатов ………………………………….. ……… 176 7.2 Особенности расчёта кристаллохимических и минального состава полевых шпатов……………………………………………….…………. ……. 184 7.3. Распределение элементного состава и структурное состояние полевых шпатов …………………………………………………………………186 7.3.1. Щелочные полевые шпаты …………………………………..…..187 7.3.2 Плагиоклазы ………………………………………………………196 7.3.3. Бариевые полевые шпаты ………………………………………. 204 7.4. Задания для самостоятельных работ ……………………………………… 208 7.5. Контрольные вопросы …………………………………………… ………. 209 ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………210 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………212 ПРЕДИСЛОВИЕ Понятие кристаллохимизма минералов прочно вошло в практику геологических исследований. Под этим термином понимается способность реальных минеральных индивидов, агрегатов и ассоциаций отражать в характерных особенностях своего состава изменения различных геологических и физико-химических условий, в которых протекали процессы минералообразования и последующее существование минералов в природе. Необходимость в создании учебного пособия по кристаллохимизму минералов для геологов возникла в связи с отсутствием учебников по этому предмету. За последние 15 – 20 лет опубликованы довольно большое количество работ, направленных на выяснение геохимической специфики минералов определённых магматических, метаморфических и метасоматических процессов. Однако в настоящее время они мало доступны большинству студентов-геологов, так как опубликованы в виде отдельных статей и монографий отечественных и зарубежных изданий, нередко представляющих биографическую редкость. При разработке учебного пособия авторами учтены основные работы по кристаллохимизму минералов. Список этих работ и ряда справочных руководств приведён в конце книги. В предлагаемом учебном пособии приводится характеристика распределения элементного состава и структурных политипов оливинов, гранатов, пироксенов, амфиболов, слюд и полевых шпатов. При написании данной работы авторы ставили себе следующие задачи: - дать обзор существующих классификаций основных породообразующих минералов; - показать особенности расчёта их кристаллохимических формул и минерального состава; - разработать алгоритмы пересчёта на ЭВМ химического состава названных минералов на кристаллохимические формулы и минеральный состав; - обратить внимание на различие геохимических характеристик основных породообразующих минералов образовавшихся в разных геологических условиях. Надеемся, что появление данной работы приведёт к более активному использованию студентами геохимической и кристаллохимической оценки условий минералообразования при изучении курсов кристаллохимии, минералогии, петрохимии, петрографии магматических и метаморфических пород, геохимии, а также в научных исследованиях и дипломном проектировании. ВВЕДЕНИЕ Учение о кристаллохимизме, типохимизме и типоморфизме минералов в значительной степени разработанное петрологами и минералогами, сыграло большую роль в развитии генетической минералогии. На основе учения о кристаллохимизме и типохимизме минералов сформированы современные представления о внутреннем строении и химическом составе минералов. Это позволило не только объяснять, но и прогнозировать кристаллохимический состав минералов, устанавливать их генезис, определять поведение в минералообразующих процессах. Согласно известному определению В.И. Вернадского, минералы представляют собой продукты химических реакций, протекающих в земной коре. Однако реальные минералы далеко не идеальные химические соединения, а кристаллы минералов отнюдь не идеальные кристаллы. Этим и обусловлены явления типохимизма, кристаллохимизма и типоморфизма минералов. Реальные минералы отличаются от идеальных: микронеоднородностью; непостоянством состава; нестехиометриностью состава; искажением структуры; непостоянством структурных позиций катионов и анионов в кристаллической решётке, явлением полиморфизма, политипии и развитием смешаннослойных образований. Важнейшим итогом изучения современными прецизионными методами минералов из разных генетических образований стал вывод о том, что многие особенности их состава, формы, внутреннего строения и свойств обнаруживают отчётливо выраженную связь с условиями образования и последующими преобразованиями минералов. Отсюда следует правомерность постановки обратной задачи – выяснения по кристаллохимическим особенностям минералов специфических условий образовния и дальнейшей истории, т.е. извлечения из минералов конкретной генетической информации. Установлено, что в самом минерале, в его составе, кристаллической структуре и парагенетических ассоциациях действительно заключён большой объём генетической информации, которая может быть расшифрована современными методами исследования. При этом для каждого минерала, как справедливо отмечено А.И. Гинсбург, в принципе могут быть наиболее информативными специфические, только ему присущие свойства или их сочетание. 1 ФОРМУЛЫ МИНЕРАЛОВ И ПРИНЦИПЫ ИХ РАСЧЁТА 1.1 Химический состав минералов Ключевые слова: содержание, гранат, еда, формула, количество пропорциональный, рогов обманка, малый, эклогитоподобный порода, сланец, пространственный группа, связь, распределение петрогенный, метасоматический, диоктаэдрический слюд, значение, стехиометрический коэффициент, метасоматит, температура, процесс, кристаллохимический формула, элемент, следующий, закон стехиометрия, анализ, катионный полиэдр, атом кислород, мусковит, щелочной, расходоваться, контактовый роговик, -петерб ун-т, расчет, железистый, клинопироксен, пара ванадий, магматический метаморфический, гранулитовый фация, количество образцовый, фация, карбонатный порода, повышенный, железо, треугольный пустота, комплекс, ортопироксен, иохансенитовый составляющий, материал, ступень метаморфизм, состав, кристаллический сланец, ромбический пироксен, парагенетический тип, эклогит, полевой, близкий, восьмерной координация, природный объект, тип, группа, гранит, типовой структура, шпат, катион, число, конечный член, гранитоид, амфибол, порода, обычный, условие, мон, пироксен, хром, магнезиальный, диопсид, образ, элементарный ячейка, клиноферросилитовый составляющий, видовой уровень, тетраэдр, полевой шпат, образование, показанный, структура, давление, данный, формула сидерит, расчёт, зависимость, позиция, занятый, недра, пересчёт, алюминий, диаграмма, твердый раствор, компонент, раствор, моноклинный, кислород, крыловой, серия, метаморфический, ромбический, кристаллохимическа формула, субщелочной метасоматит, марганец, мочь, примесь, островной силикат, равный вероятность, редкий, связанный, полевая шпат, размещение, химический анализ, нефелиновый сиенит, кристаллохимический, московиченко, атомный количество, гнейс, двойниковый шов, катионный замещение, молекула халимонд, окварцованный порода, крылов, щелочной метасоматит, практика минералогический, железистость, химический состав, титан, гранулитовый, кимберлитовый трубка, метаморфизм, структурный, пегматит, амфиболитовый, молекулярный, степень, вмещающий порода, метастабильный состояние, теоретический формула, количество, небольшой количество, эффузивный порода, соотношение, триоктаэдрический слюд, отношение, изменение, зона, минерал, жадеитовый составляющий, удовкин, таблица, роговой обманка, положительный корреляция, метод, южный урал, белов, фемический метасоматит, атом, ячейка, спб изд-в, процент, хромов руда, молекулярный процент, предел, соболев, внешний носитель, крайний член, плоский слой, кальций, кристаллический структура, зона перекристаллизация, плагиоклаз, петров, мольный процент, ряд, метаморфический порода, равнорадиусный группа, повышение, периклиновый двойник, слюды, поле, написание кристаллохимический, упорядочение, никель, парной замещение, особенность, магматический, задание, с-арф-тар-рих-глф, кремний, щелочной порода, распределение, указываться коэффициент, ион, магний, химический, вып, известный, альбит, южный тянь-шань, срастание хуттенлохер, коэффициент, кпш, кристаллический, великославинский, конечный минал, амфиболитовый фация, координация, галибин, значительный, процентный количество, минал, сумма, слюда, шестерной координация, слюд, случай, оливин, микроклин, табла, замещение, биотит, коннелла