Структурные примеси в промышленном жильном кварце и породообразующем кварце гранитоидов

СВЯЗЬ концентрации структурных примесей в кварце с составом гранитоидов

        Третье защищаемое положение. В условиях дефицита лития, являющегося основным зарядокомпенсирующим ионом при гетеровалентном замещении кремния на алюминий, на концентрацию алюминия в кварце влияет содержание алюминия в минералообразующей среде. В ходе дифференцированной кристаллизации концентрация структурных примесей алюминия и германия возрастает от первых к последним стадиям кристаллизации, что обусловлено накоплением в остаточном расплаве лития и германия.

Одним из долго дискутируемых в литературе вопросов является вопрос о преимущественном компенсаторе заряда при гетеровалентном замещении кремния алюминием. Еще в середине прошлого века в детальной работе Kats (1962) было показано, что в качестве компенсатора заряда могут выступать одновалентные ионы водорода, лития, натрия, калия, располагающиеся в структурных каналах кварца. Для полностью обоснованного решения этого вопроса требуется применение структурно-чувствительных методов измерения концентрации всех указанных элементов в кварце. На данный момент таких методов нет.

В данной работе исследование структурных примесей в природном кварце проведено на примере породообразующего кварца гранитоидов Кавказа. Для оценки влияния одновалентных компенсаторов на рис. 12 и 13 представлены зависимости содержания Al от Li, Na и K в кварце. Между содержаниями лития и структурного алюминия есть явная прямая зависимость (рис. 12). В то же время взаимосвязи Na и K с Al нет (рис. 13). Приведенные данные позволяют предположить, что ион Li⁺, является основным компенсатором, а Na и K входят в состав мельчайших минеральных включений. Это также подтверждается слишком высокими содержаниеми Na и K, превышающими концентрацию алюминия. При этом даже в пределах одной формации резкое возрастание концентрации Al сопровождается возрастанием концентрации Li. Например, в кварце пробы 72/81 при резко повышенном содержании Al (83.7 ppm при среднем для формации значении 25.9 ppm) наблюдается и резко повышенное содержание Li (5.8 г/т при среднем 1.3 г/т).

Рис. 12. Соотношение концентрации структурного алюминия с содержанием лития в кварце.

Эти данные хорошо согласуются с результатами гидротермальной перекристаллизации кварца. При изучении влияния зарядокомпенсирующих ионов на содержание структурной примеси Al в гидротермальный раствор добавлялся хлористый литий, концентрация которого в большинстве экспериментов была 0.0025, 0.005, 0.01 M. В одном случае вместо LiCl в раствор введен NaCl.

На рис. 7 приведены концентрации структурной примеси алюминия в кварце после перекристаллизации. Без источника Li, но в присутствии Na и K (за счет растворения ПШ), концентрация структурной примеси Al изменяется практически так же, как и в системах без ПШ. Результаты перекристаллизации подтверждают то, что достаточно крупные Na и K плохо захватываются структурой кварца. О роли водорода по результатам опытов говорить сложно. Только введение LiCl в раствор приводит к резкому увеличению концентрации структурной примеси алюминия.

Рис. 13. Соотношение концентрации структурного алюминия с содержаниями натрия и калия в кварце.

Аналогичная взаимосвязь наблюдается между концентрацией структурного Al в кварце и содержанием Al в породе. Ранее на положительную связь между содержаниями Al в гранитоидах и их породообразующих кварцах указывали Костов и Бершов (1987). На рис. 14 представлена зависимость концентрации структурного Al в кварце от содержания Al в породе в расчете на 50 атомов кислорода, которая также состоит из двух полей точек, соответствующих гранитам и гранодиоритам. При этом в пределах каждого поля отмечается некоторый рост концентрации структурного Al в кварце при возрастании содержания Al в породе, однако, четкой взаимосвязи нет. Вероятнее всего, изменение концентрации структурной примеси алюминия в кварце определяется другим более существенным фактором.

Эволюция физико-химических условий кристаллизации в многофазных интрузивных комплексах должна была отразиться на содержании структурных примесей в минералах и, в частности, в кварце. В более поздних интрузивных фазах (гранитах) средние значения концентрации Al заметно выше, чем в кварце из пород предыдущих интрузивных фаз (диоритов, кварцевых диоритов и гранодиоритов). Наиболее интересной с точки зрения разнообразия фаз внедрения является диорит-гранитная формация позднепалеозойского возраста, в кварце которой происходит закономерное увеличение содержаний Al и Ge по мере перехода от более ранних фаз внедрения (гранодиориты) к более поздним (биотитовые и, особенно, двуслюдяные граниты). Например, содержание алюминия в кварце из диоритов – 19-25, гранодиоритов – 22-37, биотитовых гранитов – 39-66 и двуслюдяных гранитов – 44-94 ppm. Последовательное изменение концентрации Al в кварце из пород этой формации наиболее вероятно объясняется обогащением остаточного расплава по мере его кристаллизации Li, что обеспечивает компенсацию заряда для большего количества Al.

Изменение концентрации Ge в кварце исследованных пород характеризуется аналогичными закономерностями. По данным ЭПР измерений наблюдается прямо-пропорциональная зависимость между концентрациями Ge и Li в кварце. Так как для замещения кремния германием не требуется компенсация заряда, то в данном случае увеличение концентрации Ge и Li отражает их аналогичное геохимическое поведение. Увеличение содержания германия в поздних магматических фазах подтверждается результатами геохимических исследований поведения Ge (Ляхович, 1973; Taylor, McLennan, 1993).

Рис. 14. Зависимость концентрации структурной примеси Al в кварце от содержания алюминия в гранодиоритах (а) и гранитах (б).