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

[AlxSi4 - xO10 ] (OH) 2
其中 0 < x < 1 ,且 Mg2 + + Fe2 + = X 。
2 计算方法讨论
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
50. 36 0. 15 24. 53 4. 17
98026
48. 18 0. 15 27. 69 4. 43
98018
50. 72 0. 12 25. 07 3. 09
98010
49. 15 0. 09 26. 83 4. 43
98032a
50. 52 0. 29 25. 88 5. 60
98032b
( K+ ) Ⅻ = (Na + ) Ⅻ
(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+
Ca2 + ,Ba2 + 等置换产 生 的 空 位[6 ] 。前 者 的 反 应 式
为:
( K+ ) Ⅻ = ( H3O + ) Ⅻ
(5)
0. 01 0. 52 10. 78 0. 06 94. 02
0. 01 0. 18 11. 22 0. 02 93. 69
0. 00 0. 11 11. 30 0. 00 93. 95
0. 03 0. 12 9. 37 0. 00 94. 58
0. 01 0. 08 9. 31 0. 02 94. 73
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. 2 GPa
的条件下 ,八面体位置上还存在下面的反应[3] : 2 (Al3 + ) Ⅵ + □Ⅵ = 3 ( Fe2 + + Mg2 + ) Ⅵ (3)
12
华 东 地 质 学 院 学 报 2000 年
2 。在低温 (300～400 ℃) 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 ℃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
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 。
49. 92 0. 19 26. 38 6. 14
98032c
50. 46 0. 18 25. 22 5. 02
98032d 9919 - 1
50. 28 0. 25 26. 38 ห้องสมุดไป่ตู้. 24
50. 99 0. 23 26. 21 6. 35
MnO
0. 13
0. 03
0. 05
0. 02
0. 35
0. 11
表 1 木兰山片岩中多硅白云母电子探针分析
Tab. 1 Electroc probe analysis for phengite in Mulanshan Schist
化学成分
样品号 分析结果
SiO2
TiO2
Al2O3
FeO
98013a
55. 02 0. 13 26. 32 3. 72
98013b
这种方法是建立在多硅白云母的晶体化学模 型基础上的 。首先 ,多硅白云母中最主要的反应 ———Tschermak 置换没有改变 [ B ] 和 [ C ] 位置上的 化学 计 量 性 , 而 且 该 方 法 使 用 的 是 离 子 数 之 和 , Fe3 + 当 作 Fe2 + 处 理 不 会 改 变 Fe3 + 的 数 量 , 所 以 Fe3 + 的含量将不影响计算结果 。唯一能产生影响 的是反应 (3) ,它改变了[ B ]和[ C ]位置的化学计量 性 ,使[ B ] + [ C ] > 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 。
该反应一般发生在 250～450 ℃,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
析了阳离子 ,对轻元素 H 不能分析 ;阴离子全部作 理的 。
为 O 处理 。分析出阳离子后 ,以氧化物重量百分比 的形式给出它们的含量 。总氧原子数由这些阳离 子各自对应的氧原子数相加获得 。因此 ,用电子探
在多硅白云母中 ,由于有反应 (5) 的存在 ,其晶 体化学式中 [ A ]除 H3O + 以外的阳离子含量减少 , 所以使得电子探针分析结果的总氧原子减少 。同
收稿日期 :2000203230
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
多硅白云母晶体化学式几种方法的讨论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fe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
第 24 卷 第 2001 年 3 月
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 :
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
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 + ) Ⅵ = ( Fe3 + ) Ⅵ
(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 ±
白云母晶体化学式计算中 ,有三种方法被人们 使用 。它们分别是 :以 O = 11 的阴离子法 ,以 12 次 配位位置离子 [ A ] = 1 的阳离子法和以四面体 、八 面体位置阳离子之和 [ B ] + [ C ] = 6 的阳离子法 。 现结合木兰山副变质片岩中多硅白云母化学成分 (表 1) 和前人收集的榴辉岩中多硅白云母的化学成 分的电子探针数据[1] ,分别叙述如下 :
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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
0. 04 0. 07 9. 30 0. 00 93. 55
0. 03 0. 08 9. 33 0. 06 94. 21
0. 04 0. 10 9. 72 0. 02 95. 36
分析人 :杨勇 中国地质大学 (武汉) 测试中心
2. 1 O = 11 的阴离子法
针分析的结果计算白云母晶体化学式时 ,应扣除 H
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
1
期
JOURNAL华 O F东 E AS地T C质HIN A学 G EO院LO GI学CAL 报INSTITUTE
Vol124 No11 Mar. 2001
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)
0. 02
0. 02
0. 06
0. 03
MgO
3. 41
3. 16
2. 15
3. 25
1. 70
2. 67
2. 66
3. 22
2. 50
2. 65
CaO Ma2O K2O Cr2O3 Sum
0. 40 0. 10 7. 68 0. 07 96. 99
0. 01 0. 21 10. 80 0. 06 93. 46
其中 , □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
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13
时 ,电子探针不能区别 Fe2 + 与 Fe3 + ,而是将 Fe3 + 当 作 Fe2 + 处理 。这也会导致氧原子数人为地减少 。 如果仍用 O = 11 计算多硅白云母晶体化学式 ,结果 必将偏大 。 2. 2 [ A ] = 1 的阳离子法
这种方法也是建立在理想白云母的晶体化学 模型基础上的 。但在多硅白云母中 ,由于反应 (5) 和[ A ]位置异价类质同像的存在 ,导致 [ A ]位置上 除 H3O + 以外的阳离子数之和必定小于 1 ; 而且由 于电子探针对于[ A ]位置阳离子分析误差较大 ,因 此 ,一般不采用这种方法 。 2. 3 [ B ] + [ C ] = 6 的阳离子法
这种方法是建立在理想白云母晶体化学模型 所对应的氧原子数 。在理想白云母中 ,单位晶体化
上的 。在理想白云母单位晶体化学式中 ,O 的系数 是 12 。但用电子探针分析硅酸盐化学成分时 ,只分
学式中 H 的系数 Hp·u·f为 2 ,其所对应的氧原子数为 1 。故用 O = 11 来计算理想白云母晶体化学式是合
为: (Al3 + ) Ⅵ + (Al3 + ) Ⅳ = (Si4 + ) Ⅳ + (Mg2 + + Fe2 + ) Ⅵ
(1)
其中 ,罗马字母 Ⅵ, Ⅳ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 300～700 ℃,水压力 pH2O为 0. 2 ～2 GPa 的条件下均能发生[2 ,3 ] 。