多硅白云母晶体化学式几种方法的讨论_用电子探针数据计算.pdf

第 24 卷 第 1 期 2001 年 3月 华 东 地 质 学 院 学 报 JOURNAL OF EAST CHINA GEOLOGICAL INSTITUTE Vol124 No 11 Mar 2001 收稿日期 2000 03 30 多硅白云母晶体化学式几种方法的讨论 用电子探针数据计算 肖 平1 刘 军2 1 中国地质大学 地球科学学院 湖北武汉 430074 2 山东省五莲县地质矿产局 山东五莲 262300 摘 要 根据多硅白云母晶体化学模型的特点 比较了几种白云母晶体化学式的计算方法 提出的化学计量性方法 较合 理地反映了多硅白云母晶体化学模型的特点 并解决了电子探针分析数据中Fe3 Fe2 的问题 关键词 多硅白云母 晶体化学式计算 Fe3 Fe2 化学计量性 中图分类号 P57 P575 1 文献标识码 A 文章编号 1000 2251 2001 01 011 04 0 前言 多硅白云母广泛发育于蓝片岩相 榴辉岩相的 岩石中 是多期变质作用的产物 1 因而 为这些 岩石的研究 提供了重要的地质信息 人们通常采 用O 11 的阴离子法来计算其晶体化学式 是建立 在理想白云母的晶体化学模型基础之上的 然而 多硅白云母与理想白云母的晶体化学模型之间存 在较大的差异 故O 11的阴离子法计算出来的晶 体化学式 不能用于多硅白云母地质温压计的计 算 而且 如果使用的化学成分数据是电子探针分 析的结果 这种方法则不能解决化学式中 Fe3 Fe2 的问题 因此 必须根据多硅白云母晶体化学 模型的特点 提出更合理的计算方法 获得更准确 的计算结果 这样才能使地质解释更加合理 1 多硅白云母晶体化学模型 白云母的晶体化学通式 可以写成下面的形 式 AB2 C4O10 OH 2 其中 A 代表充填云母结构层之间 12 次配位位 置的大半 径阳离子 通常包括 K Na Ca2 Ba2 H3O 等 B 代表充填云母结构层内八面体 空隙的阳离子 一般包括 Al3 Mg2 Fe3 Fe2 Mn2 Cr3 Ti4 Li V5 等 C 代表硅氧骨干层 四面体位置的阳离子 它主要由Si4 Al3 组成 在理想白云母中 A K B Al3 C Al3 Si4 而多硅白云母主要通过理想白云母中阳离 子发生置换而获得 1 1 B 和 C 位置的置换 Tschermak交换是多硅白云母中最主要的置换 反应 2 是白云母硅氧骨干层内四面体位置 C 的 阳离子 Si4 Al3 与云母结构层八面体位置 B 的 阳离子Al3 Mg2 Fe2 间的置换 其反应式可写 为 Al3 Al3 Si4 Mg2 Fe2 1 其中 罗马字母 等表示该离子的配位数 经 过这一反应 白云母单位晶体化学式中的Si 的含量 超过 3 故称为多硅白云母 反应条件发生的温压 范围很广 温度 t 为 300 700e 水压力 pH 2O为 0 2 2 GPa 的条件下均能发生 2 3 1 2 八面体位置 B 的交换 在八面体位置上 Fe3 与Al3 之间的交换占主 导 反应方程式为 Al3 Fe3 2 Guidotti 等人 1994 对泥质片岩研究发现 在与石墨 共生的白云母中 Fe3 Fe全的平均值为 0 45 0 11 与磁铁矿共生的白云母中的比值为 0 67 0 06 4 在湖北木兰山蓝片岩中比值最高可达 0 95 而Monier 等入 1986 通过实验发现 在 0 2GPa 的条件下 八面体位置上还存在下面的反应 3 2 Al3 t 3 Fe2 Mg2 3 其中 t 代表八面体位置的空位 反应导致了白云 母的非化学计量性 使八面体位置的占位系数超过 2 在低温 300 400 e 的条件下水热交换的岩石 中 白云母中的八面体位置的占位系数可达2 2 在700 e 高温条件下 这一反应仍能发生 而反应 1 不能发生 不过 该实验条件与花岗质岩石及 发生水岩交换的花岗质岩石形成时的地质条件 即 高温低压和低温低压的地质条件可以对比 而在 高压变质条件下形成的白云母中该反应很少发生 1 3 12次配位位置 A 的交换 白云母与钠云母广泛地形成不完全类质同像 故12 次配位位置上的 K 与Na 的置换 也是白云 母中最普遍的反应之一 其反应式为 K Na 4 白云母中 Na K 值通常作为白云母形成时的地 质温度计使用 5 一般情况下 温度越高 Na K 的值越大 同时 K 与H3O 的交换也越来越受到人们的 重视 精确的湿法分析和一些现代测试分析显示 白云母中测量的水的含量超过由化学计量性计算 的值 即白云母中水的含量的理论值 这些充填在 12 次配位位置的过剩的水被认为 一部分是与 K 置换的结果 以水合离子H3O 的形式存在 另一部 分是以水分子的形式 充填 K 与异价 离子 如 Ca2 Ba2 等置换产生的空位 6 前者的反应式 为 K H3O 5 该反应一般发生在 250 450 e 水过剩的条件下 当然 在此位置还存在 K 与 Ca2 Ba2 等离 子的置换 但这些置换程度一般不大 往往可以忽 略 故不详述 结合上述反应 可以将多硅白云母的晶体化学 式写成 K Na H3O Al3 Mg2 Fe2 Fe3 2 AlxSi4 xO10 OH 2 其中 0 x 6 从而使计算结果变小 但这 种反应在变质岩中程度很小 可以忽略 它的影响 因此 这种方法是能较合理地计算多硅白云母晶体 的化学式 用以上三种方法计算出表 1 中多硅白云母的 化学成分后 将单位晶体化学式中 Si 的系数 Sip u f 作图 图 1 进行比较 从图 1 中可以看出 A 1 计算的Sip u f很多大于 4 这与多硅白云母的晶体化 学模型相矛盾 而 O 11 和 B C 6 的计算 结果较为接近 只是 O 11 的曲线略高于 B C 6 图 1 三种方法计算的木兰山多硅白云母的 Si4 p u f Fig 1 Si4 p u fin Mulanshan phengites calculated by three methods 然而 上面三种方法均没有解决白云母中 Fe3 的含量问题 笔者以 B C 6 的阳离子法为 基础 结合 Droop 1987 通过化学计量性计算矿物 中 Fe3 的方法 7 提出多硅白云母晶体化学式的化 学计量方法 这种方法只是对 B C 6 阳离 子法的改良 3 化学计量性方法 该方法在计算 Fe 以外的原子数时 采用 B C 6 的阳离子法 对 Fe3 的计算 采用下面的 公式 F 21 1 6 S 6 其中 F 为 Fe3 p u f S 是以 B 和 C 位置阳离子正 电荷之和 EMe B C 21 为原则 计算出的 B 和 C 位置阳离子数之和 B C 如果 0 F Fe总 则 F Fe3 如果 F Fe总 则Fe总 Fe3 Fe2 0 用该公式计算木兰山片岩和大别山榴辉岩中 多硅白云母 Fe3 的含量 从而计算出 Fe2 的含量 并作 Fe2 Fe3 比较图 图 2 接着计算云母中的 E Fe2 Mg2 然后与对应的 Sip u f比较 结果见 图 3 图 3 显示 多硅白云母的 E Fe2 Mg2 与 Sip u f线性相关 假设 E Fe2 Mg2 X Sip u f Y 可以得方程式 Y X 3 7 的直线 可见 片岩的投点均匀分布于直线的两 侧 榴辉岩的投点稍高于直线 这说明多硅白云母 中反应 1 和反应 2 广泛发生 而反应 3 在片岩 白云母中几乎不发生 在榴辉岩中也只是略有发 生 图 2 多硅白云母中 Fe3 p u f Fe 2 p u f Fig 2 Fe3 p u f Fe2 p u fin phengite 13第1 期 肖平等 多硅白云母晶体化学式几种方法的讨论 用电子探针数据 图 3 多硅白云母中 Si4 p u f E Fe2 Mg2 Fig 3 Si4 p u f E Fe2 Mg2 in phengite 4 结论 经过上面的比较和讨论认为 在几种用电子探 针数据计算多硅白云母晶体化学式的几种方法中 化学计量性方法最合理 它不仅较好地符合多硅白 云母晶体化学模型 而且较好地区别样品中的 Fe2 和Fe3 在本文的撰写及修改过程中 薛君治 张汉凯 教授 边秋娟副教授赐予了诸多指教和支持 杨勇 为本文测试了木兰山片岩中多硅白云母化学成份 在此一并谨致诚挚的谢意 参 考 文 献 1 Carswell D A O Brine P J Wilson R N Zhai M Thermobarometry of phengite bearing eclogites in the Dabie Mountains of central China J J Metamorphic Geol 1997 15 239 25 2 Massonne H J Schreyer W Stability field of the high pressure as semblage talc phengite and two new phengite barometers Eur J J Mineral 1989 1 391 410 3 Monier G Robert J L Muscovite solid solutions in the system K2O MgO FeO Al2O3 SiO2 H2O an experimental study at 2 kbar PH2Oand comparison with natural Li free white micas J Mineralog ical magazine 1986 50 257 266 4 Guidotti C V Yates M G et al Petrogenetic implication of the Fe3 content of muscovite in pelitic schists J Am Mineral 1994 79 7 8 793 795 5 薛君治 白学让 陈武 成因矿物学 M 武汉 中国地质大学 出版社 1991 121 123 6 Loucks R R The bound interlayer H2O content of potassic white m i cas Muscovite hydromuscovite hydropyrophyllite solutions Am J Mineral 1991 76 9 10 1563 1579 7 Droop G T R A general equation for estimating Fe3 concentrations in ferromagnesian silicates and oxides from microprobe analyses using stoichiomertric criteria J Mineralogical Magazine 1987 51 431 435 Discussion on the Methods for Calculating the Crystal Chemical Formula of Phengite by the Date from Electron Probe XIAO Ping1 LIU Jun2 1 Faculty of Earth Sciences China University of Geosciences Wuhan Hubei 430074 China 2 Wulian County Bureau of Geology and Mineral Resourses Wulian Shandong 262300 China Abstract According to the characteristics of the crystal chemical model of phengite some calculation methods of the crystal chemical formula of phengite are comparedwith e