Полевые шпаты минералов

Классификация и характеристика минералов группы полевых шпатов. По каким признакам можно отличить калиевые полевые шпаты от плагиоклазов. Их распространенность в природе и практическое значение

Полевые шпаты (ПШ), важнейшее семейство породообразующих минералов; слагают примерно 60% объема земной коры (до 50% ее массы). Название происходит от шведских слов feldt, или fält – поле и spar, или spat – шпат (шведские крестьяне часто находили на своих полях куски шпата).

А также связано с греческим «спате» – пластина, из-за способности раскалываться на пластины по спайности.

ПШ являются алюмосиликатами калия, натрия, кальция, реже бария, очень редко стронция или бора и редчайшие шпаты экзотического состава – бадингтонит (NH>4>) AlSi>3>O>8>×0,5H>2>O, рубиклин Rb(AlSi>3>O>8>), и Ва-Sr состава. Состав ПШ можно выразить общей формулой АВ>4>О>8>, А= К, Na, Ca, иногда Ba, в небольших количествах Rb, Cs, Li, Sr; Pb; Mg(Ti); B= Si Al, в небольшой мере Fe3+, Ti, B. Таким образом, большинство ПШ являются представителями тройной системы K[ALSi>3>O>8>] (Or) – Na[ALSi>3>O>8>] (Ab) – Ca[Al>2>Si>3>O>8>] (An), в которой намечаются два изоморфных ряда: 1) альбит (Ab) – ортоклаз (Or), 2) альбит (Ab) – анортит (An).

При высоких температурах существуют непрерывные ряды твердых растворов в пределах каждой серии (см. рис.). Среди плагиоклазов различают (в скобках указано содержание CaAl>2>Si>2>O>8> в мол.%): альбит (0–10), олигоклаз (10–30), андезин (30–50), лабрадор (50–70), битовнит (70–90) и анортит (90–100). Среди щелочных ПШ выделяют (в скобках указано содержание NaAlSi>3>O>8> в мол.%): санидин (0–63), ортоклаз (O), микроклин (О), представляющие собой полиморфные модификации KAlSi>3>O>8>, и анортоклаз (63–90).

Основа кристаллическая структуры ПШ-трехмерный каркас, построенный из тетраэдров SiO>4> и AlO>4>, связанных между собой вершинами. Тетраэдры в каркасе сочленяются таким образом, что образуют четырехчленные кольца, которые в свою очередь объединяются в коленчато-зигзагообразные цепочки, вытянутые параллельно кристаллографические оси а. Между соседними цепочками имеются крупные полости, в которых располагаются катион-щелочных или щелочноземельных металлов. координированные в зависимости от их размера с девятью (в случае К) или шестью-семью (Na, Ca) ионами кислорода.

Симметрия структуры с катионами Na+ и Ca2+ триклинная. Калиевые полевые шпаты могут быть как триклинными (микроклин), так и моноклинными (санидин, ортоклаз). В зависимости от расположения атомов Al и Si по возможным тетраэдрическим позициям КПШ бывают упорядоченными (определенные позиции заняты только атомами Al, разупорядоченными (атомы Al и Si распределены статистически) и с промежуточной степенью упорядоченности. Разупорядоченные ПШ, как правило, высокотемпературные, упорядоченные – низкотемпературные.

Температура плавления чистого KAlSi>3>O>8> при атмосферном давлении 11500C. Чистые альбит NaAlSi>3>O>8> и анортит CaAl>2>Si>3>O>8 >при давлении 105 Па плавятся при 1118 и 15500C соответственно. В присутствии H>2>O при повышении давления температура плавления ПШ понижается, и при 5–108 Па альбит, например, плавится при 7500C, анортит – при 12250C. Кристаллизующийся плагиоклаз всегда содержит больше ионов Ca2 +, чем жидкость, с которой он находится в равновесии.

Среди ПШ выделяют две главные группы: 1) калевые полевые шпаты (КПШ), к которым наряду с ортоклазом и микроклином относят санидин (K, Na) [AlSi>3>O>8>], 2) натрий-кальциевые ПШ – плагиоклазы (альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит, анортит).

Особое место среди ПШ занимают редкие в природе члены ряда Or-Cn (Ba[Al>2>Si>2>O>8>] – цельзиан).

Физические свойства ПШ также сходны. Все они имеют совершенную спайность в двух направлениях (параллельных базальному и боковому пинакоидам, образующими прямой или близкий к прямому угол), одинаковую твердость 6, плотность от 2,55 до 2,76 (у бариевых полевых шпатов – до 3,1–3,4). Два очень редких ПШ – бариевый банальсит и стронциевый строналсит – имеют ромбическую сингонию. ПШ – главные породообразующие минералы большинства изверженных горных пород (кроме ультраосновных, пироксенитов и некоторых щелочных пород), а также многих метаморфических пород (гнейсов и др.). Тип и состав ПШ в значительной мере определяют название породы. ПШ слагают большую часть объема пегматитов и могут встречаться в гидротермальных жильных месторождениях. Они подвержены выветриванию (химическому воздействию атмосферных агентов и просачивающихся грунтовых вод), приводящему к разложению полевых шпатов с образованием разных глинистых минералов.

Спайность под прямым углом дала имя моноклинному ПШ ортоклазу (греч. – «прямо колющийся») – алюмосиликату калия KAlSi>3>O>8>. Хотя ортоклаз чаще всего встречается в виде неправильных зерен в изверженных горных породах, он может образовывать таблитчатые кристаллы с наиболее развитой гранью, параллельной боковому пинакоиду. Довольно часто отмечаются двойники, особенно карлсбадского типа, с поворотом вокруг двойниковой оси с (вертикальной) и плоскостью срастания по боковому пинакоиду. Окраска обычно светлая, чаще всего белая, нередко от розовой до красной (из-за рассеянных частиц гематита), иногда желтоватая или серая. Ортоклаз отличается самой низкой плотностью среди ПШ – 2,55–2,56. Бесцветная, просвечивающая или прозрачная разновидность ортоклаза в виде кристаллов, имеющих сходство с ромбоэдрами, известна как адуляр; если у него наблюдается нежно-голубая иризация, то его называют лунным камнем.

Стекловидный санидин KAlSi>3>O>8> встречается в виде вкрапленников в риолитах и других кислых излившихся горных породах, очень часто в трахитах, а также в некоторых малоглубинных калиевых щелочных интрузивных породах типа сынныритов (названы по Сыннырскому массиву в Северном Прибайкалье). Самая типичная обстановка нахождения ортоклаза – гранит, который может содержать до 60% этого минерала (однополевошпатовый гранит). В граните вместо ортоклаза часто присутствует триклинный КПШ микроклин. К другим интрузивным породам со значительным участием ортоклаза относятся гранодиорит и сиенит. Эффузивные аналоги кислых интрузивных пород – риолит, дацит и трахит – также содержат ортоклаз, хотя нередко он там замещен санидином. Кроме того, ортоклаз присутствует в гнейсах, мигматитах и других породах высокой степени метаморфизма, образовавшихся с участием гранитизации. Он может появляться в качестве жильного минерала в гидротермальных жилах, особенно высокотемпературных. Наконец, ортоклаз встречается в полевошпатовых песчаниках (аркозах), при формировании которых песчинки накапливались так быстро, что разрушение полевого шпата с образованием глинистых минералов не происходило.

Микроклин представляет собой триклинный КПШ с той же формулой, что и у ортоклаза, – KAlSi>3>O>8>. Натрий может частично замещать калий (но в меньшей пропорции, чем в ортоклазе). Высокотемпературный триклинный щелочной ПШ, в котором натрия больше, чем калия, называется анортоклазом (Na, K) AlSi>3>O>8>; он характерен для некоторых богатых натрием эффузивных, реже интрузивных, щелочных пород. По своим физическим свойствам, включая характер двойникования, анортоклаз очень похож на микроклин. Хотя микроклин и является триклинным, отклонение оси b от направления 90 составляет всего 30, так что различия угла спайности у микроклина и ортоклаза недостаточны для визуальной дифференциации этих минералов. Кроме карлсбадского и других простых двойников, свойственных ортоклазу, микроклин может быть полисинтетически сдвойникован по альбитовому закону, когда боковой пинакоид является одновременно двойниковой плоскостью и плоскостью срастания, и по периклиновому закону, когда двойниковой осью служит ось b. Пересечение этих двух серий двойниковых полосок почти под прямым углом создает эффект «решетки» при наблюдении микроклина под микроскопом в поляризованном свете. Однако решетчатыми являются лишь т.н. максимальные микроклины, характеризующиеся наибольшей степенью структурной упорядоченности. Цвет микроклина в основном белый, часто от розового до красного (из-за гематитовой «пыли»), серый (в редкометалльных пегматитах – до темно-серого), а иногда зеленый (амазонит).

Закономерные взаимопрорастания кварца и ПШ (обычно микроклина) называют письменным гранитом, или еврейским камнем, так как по форме вростков кварца он напоминает иудейские письмена. Ориентированные срастания микроклина и натриевого полевого шпата альбита, образующего в микроклине пластинчатые вростки, называются пертитом. Микроклин встречается в изверженных породах вместо ортоклаза или наряду с ним. Это преобладающий полевой шпат и вместе с тем самый распространенный минерал гранитных пегматитов, в которых его отдельные кристаллы могут достигать нескольких метров в поперечнике (например, из кристалла, найденного в Карелии, получили более 2000 т полевошпатового сырья, т.е. его объем составлял ~80 м3). Амазонит, используемый как декоративно-поделочный камень, добывается в США (близ Флориссанта, Колорадо), в России (на Урале, Кольском п-ове и в Забайкалье), на Мадагаскаре. Калиево-натриевые полевые шпаты – ортоклаз, микроклин, санидин, анортоклаз, а также альбит – часто называют щелочными. Они составляют одну из главных групп в семействе полевых шпатов.

Другая группа ПШ – плагиоклазы (триклинные натриево-кальциевые полевые шпаты) – образует непрерывный ряд от натриевого плагиоклаза альбита NaAlSi>3>O>8> до известкового (кальциевого) плагиоклаза анортита CaAl>2>Si>2>O>8>. Плагиоклазы несколько тяжелее, чем калиевые полевые шпаты, их плотность возрастает от 2,62 (альбит) до 2,76 (анортит). Угол между направлениями спайности по базальному и боковому пинакоидам у альбита 93, а у анорита – 94. Плагиоклазы почти всегда сдвойникованы по альбитовому закону. Поскольку это двойникование повторяется многократно в каждом отдельном образце (полисинтетические двойники), плоскости базальной спайности плагиоклазов покрыты параллельными штрихами, которые представляют собой следы выхода на поверхность двойниковых швов и контактов между сдвойникованными индивидами.

Плагиоклазы обычно подразделяются на шесть минеральных видов, но границы между ними условные. Классификация основана на соотношении между чистой альбитовой (Ab) молекулой (NaAlSi>3>O>8>) и чистой анортитовой (An) молекулой (CaAl>2>Si>2>O>8>). Самый распространенный минерал среди плагиоклазов – альбит; его состав (в мол.%) 100–90% Ab и 0–10% An. Он встречается вместе с другими щелочными полевыми шпатами в щелочных гранитах и риолитах, щелочных сиенитах и трахитах. Весьма распространен в виде пертитовых срастаний с микроклином в гранитных и сиенитовых пегматитах, а также в прожилках и телах замещения в пегматитах. В таких условиях альбит образует либо таблитчатые и крупнопластинчатые розетковидные агрегаты, часто нежно-голубого цвета, называемые клевеландитом, либо массивные мелкозернистые агрегаты «сахаровидного» альбита. Подобно ортоклазу, альбит и следующий член ряда – олигоклаз – могут иногда проявлять переливчатость цвета (молочно-белую и голубоватую иризацию), хотя и более слабую; тогда его называют лунным камнем. Альбит весьма распространен в зеленых сланцах – метаморфических породах низкой ступени метаморфизма. Олигоклаз содержит 70–90% Ab и 10–30% An и наряду с андезином, следующим членом ряда плагиоклазов, является главным компонентом изверженных пород кислого и среднего состава, в том числе гранитов, гранодиоритов, монцонитов, сиенитов, диоритов и их эффузивных аналогов. Олигоклаз с включениями гематита, придающего ему мерцающий блеск, называют солнечным камнем (бывают также альбитовые, ортоклазовые, микроклиновые солнечные камни). Олигоклазовый лунный камень носит название беломорит. Следующий член плагиоклазового ряда, содержащий 50–70% Ab, в изобилии присутствует в андезитовых лавах в Андах и потому назван андезином. Основной (богатый кальцием) плагиоклаз, содержащий 50–70% An, получил название лабрадорита по месту первой находки минерала на п-ове Лабрадор (Канада), где содержащие его породы (анортозиты) залегают в виде крупных массивов. Спайные плоскости лабрадорита проявляют очень красивую иризацию. Лабрадорит – единственный существенный компонент горной породы, именуемой анортозитом, а также главный (наряду с пироксенами) породообразующий минерал других видов основных изверженных пород, включая габбро и базальты. Битовнит (70–90% An) и анортит (90–100% An) относительно редки. Они могут встречаться совместно с лабрадоритом или порознь в основных изверженных породах.

Щелочные ПШ, особенно калиевые, в меньшей степени альбит, широко используются в промышленности. Их источником служат пегматиты, преимущественно керамические и слюдоносные, отчасти редкометалльные, из которых иногда извлекают также слюду, реже берилл, колумбит и другие ценные минералы.

КПШ – необходимый ингредиент тонкой керамики и электрокерамики, так как входит в состав фарфоровой шихты, широко потребляется стекольно-керамической промышленностью, в производстве фарфоровых изделий (включая сами изделия и глазури), а также эмалей. Полевые шпаты добываются в США, Канаде, Швеции, Норвегии, Финляндии, Германии, Чехии, Италии, Китае и других странах. В России добыча калиевого полевого шпата сосредоточена в основном в Карелии и на Кольском п-ове; альбит для стекольной промышленности добывается также на Урале. Лунный и солнечный камни, амазонит и редко встречающийся прозрачный желтый железистый ортоклаз из пегматитов Мадагаскара – ювелирно-поделочные камни.

Условия образования, минеральный состав и практическое значение гранитных пегматитов

Пегматиты (франц. pegmatite, от греч. pégma, родительный падеж pégmatos – скрепление, связь, нечто сплочённое), изверженные, преимущественно жильные породы, обладающие следующими свойствами и особенностями: крупными размерами слагающих минералов; повышенным содержанием минералов, содержащих легколетучие компоненты – воду, фтор, хлор, бром и др.; сложным и разнообразным минеральным составом, в котором наряду с главными минералами, общими для пегматитов и материнских пород, значительное место занимают минералы редких и рассеянных элементов, таких, как Li, Rb, Cs, Be, Nb, Ta, Zr, Hf, Th, U, Sc и др.; наличием большого количества минералов, образующихся в процессе метасоматического замещения и гидролиза полевых шпатов. Концентрация легколетучих, редких и рассеянных элементов в П. иногда в сотни и тысячи раз больше, чем в соответствующих материнских породах.

Термин «пегматит» был впервые введён в 1801 французским учёным Р.Ж. Аюи для обозначения письменного гранита, или, одной из структурных разновидностей пегматита – еврейского камня, который очень часто встречается в пегматитах.

Большее распространение и практическое значение имеют гранитные пегматиты, генетически связанные с интрузией гранитов. Среди них выделяют несколько типов. Слюдяные пегматиты образуются на больших глубинах (свыше 6 км) и состоят из плагиоклаза, микроклина, кварца, мусковита, биотита, чёрного турмалина, апатита, берилла; сравнительно с др. пегматитами они бедны минеральными видами и служат источником получения листового мусковита, керамических материалов – микроклина и кварца.

Редкометальные П. формируются на средних глубинах (4–6 км), содержат микроклин, кварц, альбит, иногда сподумен, мусковит, лепидолит и берилл, а также цветные турмалины, колумбит, танталит, касситерит, поллуцит и др.; характерны процессы метасоматического замещения (альбитизация, грейзенизация); служат источником получения Li, Cs, Be, Ta, Sn, а также аквамарина, гелиодора, топаза и др.

Хрусталеносные П. образуются на относительно небольших глубинах (3–4 км), содержат микроклин, кварц, а также альбит, мусковит, биотит; служат источником получения горного хрусталя (пьезооптического сырья) и оптического флюорита, иногда топаза, берилла, аметиста, которые размещаются на стенках пустот в кварцевых зонах жил.

П. имеют большое практическое значение. Они являются основным источником полевых шпатов для керамической и стекольной промышленности, слюды и пьезокварца – для электротехнической промышленности, а также драгоценных камней. В России наибольшей известностью пользуются П. Карелии, Украины, Урала; за рубежом – Швеции, Норвегии, США.

Минералы пегматитов

Типы пегматитов

Главные минералы

Второстепенные минералы

Гранитные пегматиты (керамические и мусковитовые)

Плагиоклаз, микроклин, кварц, мусковит, биотит

Гранат, берилл, монацит, циркон, апатит

Гранитные пегматиты (редкометальные)

Клевеландит, кварц, микроклин, сподумен, лепидолит

Мусковит, берилл, турмалин, касситерит

Гранитные пегматиты (хрусталеносные)

Кварц, горный хрусталь

Мусковит, биотит, дымчатый кварц, морион, альбит, берилл

Гранитные пегматиты «линии скрещения»

Флогопит, биотит, тальк, хлорит, актинолит, плагиоклаз

Роговая обманка, берилл (изумруд), кварц, мусковит, флюорит

Щелочные пегматиты

Микроклин, нефелин, эгирин, альбит, роговая обманка

Мусковит, биотит, сфен, пирохлор, ильменит, циркон

Существует несколько версий образования пегматитов:

Версия 1. По теории академика А.Е. Ферсмана образование пегматитов происходит следующим образом. При кристаллизации гранитной магмы образуется остаточный силикатный расплав, обогащенный присутствием редкометальных и редкоземельных элементов, и летучими веществами (соединениями фтора, хлора, бора). В силу разности давления, этот состав вытесняется из основных масс породы и заполняет собой трещины, полости. Во время вытеснения пегматитовых масс, может происходить реакция расплава с вмещающими породами, при этом одни вещества могут выноситься из расплава, другие наоборот проникать в него. Происходит процесс ассимиляции.

Версия 2. По мнению акад. А.Н. Заварицкого, пегматиты образуются не путем кристаллизации остаточного расплава, а являются результатом перекристаллизации пород под влиянием газовых растворов. Т.е. являются постмагматическими образованиями.