Разнообразие состава турмалинов и их химическая классификация на основе метода rha (стр. 1 )

2007  ЗАПИСКИ РОССИЙСКОГО МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО  ОБЩЕСТВА  Ч. CXXXVI,  № I -2007ZAPISKI RMO(PROCEEDINGS OFTHE RUSSIAN MINERALOGICAL SOCIETY) PtCXXXVI, N1

УДК 549.612

О А. А. АНДРИЯНЕЦ-БУЙКО, * д. члены Н. И. КРАСНОВА, * Т. Г. ПЕТРОВ**

РАЗНООБРАЗИЕ СОСТАВА ТУРМАЛИНОВ И ИХ ХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДА RHA

A. A. ANDRIYANETS-BUYKO, N. 1. KRASNOVA, Т. G. PETROV. DIVERSITY

OF THE TOURMALINE COMPOSITIONS AND THEIR CHEMICAL CLASSIFICATION

ON THE BASE OF THE RHA METHOD

Кафедры *минералогии и **петрографии Санкт-Петербургского университета,

199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9;

e-mail: *****@***ru, *****@***ru, tomas j>*****@***ru

As it is known, tourmaline belongs to alumoborosilicates, which arc characterized by complicated chemical composition due to wide varieties of isomorphic replacements. Its generalized crystal-chemical formula, reflec­ting variations of composition and peculiarities of crystal structure, looks as following: XY3Zr[T60,g] (B03)3V, W, where X = Na+, Ca2+, K+, (D)-vacancy; Y = Li+, Mg2+, Fc2+, Mn2+, Mn3+, Cu2+, Zn2+, Al3+, Fe3+, Cr3+, V3*, (Ti4+), Z = Mg, Al, Fe3+, Cr3+, V3+; T = Si, Al, (B3+); В = B3+, (□); V a [0(3)] = (OH), O2"; W = [O(l)] = (OH)-, F", O2- (Hawthorne, Henry, 1999; Zang e. a., 2000). Up to date, there is published great number of chemical analyses of the tourmaline group minerals, but there is not any generally acknowledged principle of their classification. For this purpose, the collection of 788 natural and 41 theoretical chemical compositions of tourmalines from 37 publications was classified using the RHA method developed by T. G. Pctrov. The program PETROS worked out by S. V. Moshkin was used for the data processing. This method allows to distinguish gro­ups and chemical varieties of the minerals with identical rank formulas — R, which is a sequence of symbols of chemical elements in decreasing atomic %. The principle of domination of one clement over others can be used for the definition of chemical varieties in mineral groups with any complicated composition. The RHA-method provides an express search of chemical analogues, expands opportunities to improve the classification and no­menclature of objects.

Турмалин с давних пор поражает исследователей удивительным разнообразием своих физических свойств, в частности палитрой многоцветных окрасок, определяю­щихся в первую очередь его химическим составом, а также различием морфологии кристаллов. Как известно, турмалин относится к алюмоборосиликатам, сложность хи­мического состава которых обусловлена широким проявлением изоморфных замеще­ний. Его кристаллохимическая формула, в общем виде отражающая вариации состава и особенности структуры, имеет вид: XY3Z6[T6018](B03)3V3W, где X = Na+, Ca2+, К+, (D) — вакансия; Y = Li% Mg2+, Fe2+, Mn2+, Mn3+, Cu2+, Zn2+, Al3+, Fe3+, Cr3+, V3+, (Ti4+), Z = = Mg, Al, Fe3+, Cr3+, V3+; T = Si, Al,(B3+); В = В3+,(П); V s [О(З)] = (OH)-,02-; W = = [0(1)] = (OH)-, F-, O2- (Hawthorne, Henry, 1999; Zang, Fonseka-Zang, 2000).

К настоящему времени опубликовано большое количество химических анализов минералов группы турмалина, однако их классифицирование по какому-либо единому принципу не утверждено Международной минералогической ассоциацией (ММА). Структурно-химическая классификация минералов этой группы (Hawthorne, Henry, 1999) требует определения не только химического состава, но и структурной позиции ионов. Для графического представления составов минералов группы турмалина ис­пользуется серия треугольных диаграмм, количество которых доходит до 16! При этом ни одна из них не может в полной мере отразить сложность состава даже одного мине-

26

рального вида этой группы (Золотарев, Булах, 1999; Буйко и др., 2005). Затруднения вы­зывает проведение границ между разными минеральными видами, в особенности если в их схемы изоморфизма вовлечены многие ионы разной валентности.

Задача классифицирования химического состава турмалинов является частью об­щей проблемы упорядочения геологической информации. Поскольку метод RHA яв­ляется универсальным методом систематизации любых химических составов (Пет­ров, 1971, 2001), интересно оценить эффективность его использования для изучения разнообразия составов минералов группы турмалина. Ранее на базе этого метода с ис­пользованием программы PETROS-2, разработанной (Мошкин и др., 2003), были систематизированы и классифицированы составы моноклинных пи-роксенов (Петров, Золотарев, 2000), скаполитов (Золотарев и др., 2003), эвдиалитов (Булах, Петров, 2003; Bulakh, Petrov, 2004), слюд (Петров, Краснова, 2004; Краснова и др., 2005), а также турмалинов (Буйко и др., 2005; Buyko е. а., 2005; Krasnova е. а., 2005).

Метод RHA неоднократно описан в литературе, по нему опубликовано учебное пособие (Петров, Фарафонова, 2005), а краткое изложение основных принципов мето­да можно найти на сайте: http://www. geology. pu. ru/niizk7RHA_l. html. Поэтому далее упомянем лишь наиболее важные положения метода, необходимые для дальнейшего независимого восприятия текста.

Описание анализа в системе RHА (Петров, 1971) состоит из трех параметров: R — ранговая формула; Н — информационная энтропия и А — анэнтропия. Ранговая фор­мула — последовательность символов химических элементов данного анализа, упоря­доченных по уменьшению атомных содержаний. Ранговые формулы — имена секто­ров в диаграмме составов, выделяемых при сечении диаграммы медианными линиями или плоскостями. Символ «=» между соседними элементами соответствует различи­ям между содержаниями соседних компонентов, не превышающим 15 относительных процентов. Сложность состава измеряется информационной энтропией, которая была определена Шенноном как Н = - Јр;1п рь где;?, — атомная доля г'-го элемента в ран­говой формуле. Для того чтобы величина Н была заключена в интервале от 0 до 1, энт­ропия переопределена как En = H/ln (л). Чистота анализа измеряется анэнтропией (An), которая, согласно (1971), определена как А = -[(Е In р,)/п]—In n, где п = 10 — число элементов в ранговой формуле стандартной длины. Энтропийные ха­рактеристики используются для уточнения положения точки анализа в пределах одного сектора диаграммы и при изучении эволюции составов.

Пример получения ранговой формулы турмалина путем пересчета его химическо­го состава на атомные проценты с упорядочением компонентов по мере их уменьше­ния показан в табл. 1.

Таблица 1 Химический состав шерла (мае. %)

Chemical composition of schorl (wt %)

Si02	Ti02	A1203	Fe203	FeO	MnO	CaO	MgO	Na20	K20	Li20	F	в2о3	H20+	Сумма
36.9	0.46	32.76	2.58	10.64	0.38	0.26	0.36	1.59	0.28	0.17	0.45	10.45	2.86	100.14

Ранговая формула

О	Al=	Si	н=	В	Fe	Na	F	Li	Mg	K=	Ti	Ca	Mn
58.43	12.25	11.69	6.26	5.72	3.43	0.98	0.45	0.22	0.17	0.11	0.11	0.1	0.09

Коэффициенты в формуле 27.05| 6.43 |  6.14  |  3.71  |  3  |  1.8  | 0.51  |  0.24  |  0.11  | 0.09 |  0.06  | 0.06 | 0.05 ] 0.04 | Примечание. Анализ взят из работы (Владыкин и др., 1974, табл. 11. № 2).

27

При ранжировании по убыванию коэффициентов, полученных при традиционном пересчете данных химического состава минерала на кристаллохимическую форм ранговая формула может быть получена путем суммирования коэффициентов эле­ментов с разной валентностью (в приведенном примере — Fe3+ и Fe2+), находящихся в разных структурных позициях (нижняя строка табл. 1).

В основе систематизации составов минералов по методу RHA лежит представ­ление составов в сжатой форме в виде ранговых формул, что позволяет осуществлять их линейное, алфавитное и соответственно однозначное упорядочение. Ранговая фор­мула данного анализа принимается за «слово», в котором роль «букв» играют сим­волы химических элементов. Эти «слова» упорядочиваются, как и в обычных сло­варях, согласно «алфавиту», в качестве которого принята последовательность хими­ческих элементов в Периодической таблице. Таблица RHA данных представляет собой каталог составов, организованный в соответствии с автоматически получаю­щейся иерархической классификацией ранговых формул. В такой классификации наиболее близкие составы имеют мало различающиеся R и близкие значения ЕпАп, располагаясь группами периодически. Это позволяет автоматически группировать и однозначно структурировать аналитическую информацию, что обеспечивает быст­рый поиск аналогов.

ХИМИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ МИНЕРАЛОВ ГРУППЫ ТУРМАЛИНА

Нами была собрана коллекция из 788 анализов реальных и 41 анализа теоретиче­ских составов турмалинов из 37 литературных источников. Во всех случаях сохраня­лись авторские названия минералов.

Табл. 2 содержит ранговые формулы теоретических составов минералов группы турмалина по современной классификации (Hawthorne, Henry, 1999). Как видим, ран­говые формулы ряда минеральных видов с их окси - или гидроксиразновидностями имеют большое сходство. Различия между ними проявляются лишь в наличии или от­сутствии знака равенства между некоторыми элементами, что связано с небольшими изменениями в их количественных соотношениях. Представляется интересным сопо­ставление ранговых формул теоретических и реальных составов минералов группы турмалина. Как и следовало ожидать, реальные составы турмалинов отличаются от тео­ретических составов конечных членов гораздо большей сложностью и разнообразием.