Минерал нефелин назван от греческого "нефеле" - облако, так как при погружении в сильную кислоту образует “облако” геля кремнекислоты.
Английское название минерала Нефелин - Nepheline
Синонимы: Элеолит - elaeolite (Карстен, Клапрот, 1809) - от греческого "элаион" - жир и "лите" - камень, для замутненного нефелина; термин вышел из употребления.
Химический теоретический состав KNa3Al4Si4O16: Na2O - 15,91; К2O - 8,06; Аl2O3 - 34,90; SiO2 - 41,13. Мол. вес 584,35 - соответствует составу в миналах Ne15Ks25 . Для природных образцов обычно характерны дефицит щелочей и избыточное против теоретического содержание кремнезема. Составы большей части природных нефелинов варьируют в узких пределах Ne80-Ne75 . Из 278 изученных образцов разности, более богатые натрием, составляют всего около 10%, а более калиевые - 20-25%.
Обычные микропримеси: Fe (Fe2+ и Fe3+ ), Са, в подчиненном количестве Ti, Mn, Mg, СO2, Р2O5, Н2O, частично входящие в решетку нефелина или присутствующие в виде механических включений. Возможность изоморфного вхождения Fe3+ вместо Al3+ доказана методами парамагнитного резонанса и электронного микрозондирования.
Нефелин, как правило, содержит воду (до 0,3 мас.%). Четкие полосы поглощения на ИК-спектрах в области валентных колебаний воды позволили Самсоновой предположить вхождение в его структуру одиночных ориентированных молекул воды.
Большинство природных нефелинов рассматриваются как твердые растворы в различных системах нефелина (Ne): с кальсилитом (Кs), Na-Ca плагиоклазами (An), K,Na полевыми шпатами (Fsp), Са2Аl2O4 и кварцем (Q).
Содержания элементов-микропримесей в нефелине обычно невелики. Это главным образом редкие щелочи: Li, Rb, Cs, а также Ва, Sr и TR; отмечаются Ga, Y, Mo, Sn, Hf, Th, U, Tl, Mn, V. Формы их вхождения и закономерности распределения изучены недостаточно. Наиболее значимы содержания Ga (изоморфного с Аl), который может извлекаться попутно из нефелинового сырья.
Разновидности
Выделяют несколько разновидностей нефелина по химическому составу, симметрии и топологии кристаллической решетки, но номенклатура из- за недостатка надежных структурных данных не разработана и терминология не апробирована КНМиНМ ММА.
Среди природных нефелинов, варьирующих по составу от Ks12,5 Nе87,5 до Ks37,5 Nе62,5 (К : Na = 1 : 7-3 : ,5) преобладают (70%) составы, близкие к указанной в заголовке формуле с соотношением К : Na = 1 : 3 - собственно нефелин (нормальный нефелин) - normal nepheline (Ks25 Nе75). Натриевые нефелины - soda nephelines, варьирующие от Ks12,5 Nе87,5 доKs18,5 Nе77,8 (К : Na = 1 : 7-2 : 9), составляют всего 10%, а калиевые нефелины - potassium nephelines, варьирующие от Ks25 Nе75 до Ks37,5 Nе62,5 (К : Na = 1 : 3-3 : 5) - 20%. Все природные нефелины характеризуются гексагональной симметрией Р63 и “нефелиновой” топологией решетки UDUDUD, производной от каркаса структуры (β-тридимита, в двух крупных полостях которой, внутри правильных гексагональных колец находятся более крупные атомы К, а в шести меньших полостях, внутри вытянутых овальных колец, - атомы Na. Другие полиморфные модификации среди природных нефелинов не установлены, но отмечается различное Si-Al упорядочение в тетраэдрах в зависимости от режима остывания нефелинсодержащих пород. Внутри указанного интервала составов при высокой температуре существуют непрерывные твердые растворы, но при остывании в области калиевых нефелинов наблюдается фазовый распад на более натриевый нефелин и кальсилит. Более калиевые составы за пределами указанного интервала имеют значительные структурные отличия, поскольку крупный ион калия не может занимать в структуре типа нефелина малые полости внутри овальных колец, не деформируя их в дитриго- нальные; они описываются как самостоятельные минералы группы нефелина (кальсилит, трикальсилйт, тетракальсилит, мегакальсилит, калиофилит). Между ними и нефелином существует область несмесимости (Dana, 1997).
В геологической литературе термином “натриевый нефелин” (чисто натриевый нефелин или собственно натриевый нефелин) обозначают также составы NaAlSiO4, полученные искусственно, распространяя его на интервал составов Ne100-Ks12,5Ne87,5 (с отношением К : Na < 1 : 7 и атомным коэффициентом К = 0,0-0,1. Они обнаруживают сложные полиморфные превращения в зависимости от условий синтеза. Карнегииты - carnegieites (по названию института в США, где минерал был впервые синтезирован) состава NaAlSiO4 с кристобалитовой топологией решетки имеют, как и кристобалит, две структурные формы - высокую (высокотемпературную) кубическую Р213 и низкую (низкотемпературную) ромбическую Pb21а или, возможно, моноклинную или триклинную симметрию. Тринефелины - trinephelines (с у троенной по оси с псевдогексагональной ячейкой нефелина) состава NaAlSiO4 имеют бериллонитовую топологию решетки с последовательностью колец UDUDUD и UUDUDD и ромбическую Pna21, или моноклинную Р21 и P21n симметрию истинной решетки, или близкую к бериллонитовой топологию с последовательностью колец только UUDUDD и гексагональной симметрией решетки P61. Натриевые нефелины состава Ne100-Ks12,5Ne87,5 с нефелиновой топологией решетки - низкотемпературные разности с симметрией, пониженной от гексагональной до ромбической или моноклинной. Последние - также искусственные, хотя опубли-кованы данные о находке бескалиевого нефелина в псевдолейцитовых сиенитах Лугингольского массива в Монголии (микрозондовый анализ без структурных данных). Полиморфы образуются при фазовых переходах: высокого карнегиита в ромбический Na-нефелин при 900°, а затем в низкий гексагональный Na-нефелин при 600°, устойчивый до 300-200°, который при дальнейшем охлаждении переходит вновь в ромбический или моноклинный нефелин, но, возможно, с бериллонитовой топологией.
Морфологической разновидностью природного нефелина является обнару¬женная в 2001 г. среди полевошпатовых пород (в ассоциации с пектолитом и андезином) волокнистая, разновидность нефелина; волокна размером от 0,01 до 0,1 мм вытянуты вдоль оси с.
Элеолит - нефелин в виде сплошных сливных масс с жирным блеском.
Кристаллографическая характеристика
Нефелин серый зернистые агрегаты. Урал
Сингония. Гексагональная С66 - Р63
Класс. Дигексагонально-пирамидальный.
Кристаллическая структура
Кристаллическая структура впервые определена Баннистером и Хеем, подтверждена в, полностью расшифрована Ханом и Бюргером; в дальнейшем она уточнялась на примере как природных, так и искусственных образцов.
Структура нефелина представляет собой производную от структуры Р-тридимита, пустоты которой заполнены катионами Na и К или вакантны. Катионы распределены в двух различных по размеру и конфигурации полостях, занимающих разные позиции в решетке. Открытые гексагональные кольца более крупного размера включают атом К, координированный девятью атомами кислорода.
До 1/3 таких полостей вакантны благодаря вхождению в структуру избыточного(против стехиометрического) количества Si. Распределение атомов избыточного кремния в тетраэдрических позициях носит случайный характер. Натрий с координационным числом 8 помещается в кольцах меньшего размера, имеющих овальную форму. Количественное соотношение овальных и гексагональных колец составляет 3 : 1.
Вхождение небольшого катиона Na в гридимитовый каркас обусловливает характерную особенность структур природного нефелина - сокращение размеров и изменение формы колец вокруг катионов Na. Это достигается смещением вершинного атома кислорода примерно на 0,3 А от тройной оси и соответствующим поворотом тетраэдров Т(1) и Т(2), что приводит к удвоению тридимитовой решетки и появлению четырех неэквивалентных типов тетраэдров: Т(1)-[AlO4], T(2)-[SiO4], Т(3) и T(4)-[(Si, Аl)O4] с различными Т-О расстояниями. Угол связи Al-O-Si при этом уменьшается от энергетически невыгодного 180° до 133,5°, а вершинный O(1) может занимать одну из трех симметричных позиций относительно тройной оси.
В расположении тетраэдров различаются две системы. Одна построена из Т(1)- и Т(2)-тетраэдров, находящихся на тройной оси и занимающих две частные эквивалентные позиции среди остальных тетраэдров Т(3) и Т(4) овального кольца. В ближайшем соседстве с каждым тетраэдром Т(1) и Т(2) находятся три атома Na. Другая система состоит из тетраэдров Т(3) и Т(4) в общих эквивалентных позициях гексагонального кольца. Каждому тетраэдру отвечает ближайший атом К и два атома Na. Соседние слои Аl- и Si-тетраэдров соединены через вершинные атомы кислорода.
Представления о характере катионного упорядочения в нефелине, основанные на межатомных расстояниях, разноречивы, что связано с возможным усреднением получаемых величин из-за проявления эффектов доменности, псевдосимметрии и двойникования.
Si и Аl упорядочены в четырех частных позициях Т(1) и Т(2), находящихся на тройной оси, и неупорядочены в 12 общих позициях Т(3) и Т(4). Большее упорядочение Si и Аl в позициях Т(1) и Т(2) по сравнению с позициями Т(3) и Т(4). Неупорядоченность распределения Si и Аl в тетраэдрических позициях в структуре нефелина вулканического происхождения Сахама связал с температурным режимом кристаллизации что подтверждено авторами, показавшими увеличение степени Al-Si разупорядочения нефелина в ряду метаморфические-интрузивные-вулканические породы. Как правило, Аl преобладает в Т(1) и Т(4), a Si - в Т(2) и Т(3) позициях.
Исследования Si-Al упорядочения с помощью ЯМР привели к неоднозначным результатам. Более достоверными представляются выводы, основанные на уточнении кристаллической структуры на рентгеновском монокри стальном дифрактометре. Согласно этим данным:
полное Si-Al упорядочение наблюдается в природных и искусственных образцах стехиометрического состава, где Т(2)- и Т(3)-позиции заняты Si, а Т(1)- и Т(4)-позиции - Аl, но оно нарушается при значительном отклонении отношения Al/Si от единицы;
при величине Al/Si отношения 0,9-1,0 степень упорядочения не зависит от скорости и температурного режима кристаллизации;
длина Т-О связи в сдвоенных тетраэдрах Т(1) и Т(2) не обнаруживает систематических вариаций, что, скорее всего, обусловлено неопределенностью ориентации этих тетраэдров.
Предполагается, что рентгеновские данные фиксируют Si-Al неупорядочение дальнего порядка, связанное с существованием доменов с упорядоченным Si-Al распределением.
Влияние температуры и времени на упорядочение щелочных катионов экспериментально установлено и теоретически объяснено Самсоновой путем сравнения соотношений интегральных интенсивностей рефлексов (202) и (212) в естественных и прокаленных образцах природного нефелина.
Упорядоченное распределение Na и К в разных позициях обусловлено размерами катионов. Крупный катион К не может занимать меньшие овальные полости без существенной деформации всей структуры. Натрий же может размещаться не только в овальных, но и в крупных, гексагональных полостях, занимаемых калием: это четко иллюстрируют ЯМР-спектры природных и искусственных разностей Na-нефелина. При этом позиционно разупорядоченный натрий в крупных полостях смещается в сторону одной из стенок полости, что энергетически невыгодно. Соответствующее сжатие крупных полостей играет решающую роль в преобразовании структуры с понижением симметрии до ромбической и даже триклинной или моноклинной. При низких температурах подобные структуры неустойчивы и трансформации легко обратимы. В результате в интервале составов нефелина от идеального KNa3Al4Si4O16 до чисто натриевого NaAlSiO4 нарушается непрерывность изменения параметров а, с и v ячейки и происходит понижение симметрии от гексагональной до ромбической или моноклинной.
Строгое упорядочение в распределении катионов Na и К наблюдается только в нефелине идеального состава и подтверждено методами рентгеновской и электронной дифракции и ЯМР. Неспособность гексагональных каналов приспосабливаться к ионам меньшего размера препятствует замещению калия натрием, что удовлетворительно объясняет устойчивость кристаллической решетки идеального нефелина и то обстоятельство, что подавляющая масса природных нефелинов характеризуется строго упорядоченной структурой и химическим составом, близким к идеальному с атомным отношением Na : К = 3 : 1.
Представление о доменной структуре природных нефелинов, основанное на анализе слабых дополнительных рентгеновских рефлексов с иррациональными индексами 00l, где l = 2n, впервые было высказано Сахама и затем детально разрабатывалось Мак-Коннелом, Паркером и другими исследователями.
Структура нефелина внутри доменов упорядочена в суперструктуру с суперъячейкой. В направлении оси с структура модулирует с длиной волны, несоразмерной с периодом с ячейки нефелина; подобные фазы называют несоразмерными. Судя по интенсивности и резкости дополнительных рефлексов, неодинаковых для разных образцов, но всегда меньших брегговских, полное упорядочение структуры в плоскости ab, по-видимому, не может быть достигнуто, и в структурах присутствуют домены, развитые в разной степени. Анализ интенсивностей дополнительных рефлексов позволил также предположить, что образование суперъячейки скорее результат скоординированной сдвиговой трансформации, аналогичной наблюдаемой в тридимите, чем собственно упорядочения щелочных атомов. Данные о составе и структурный анализ природных нефелинов показывают, что 1/3 A-позиций обычно вакантна. Утроение ячейки в суперструктуру делает возможным упорядочение К+ и вакансий, которые вызывают сдвиг O(2)-, O(5)- и O(6)-позиций, скоординированных с К+ , и смещение O(1) с тройной оси. Наклон тетраэдров, по Грегоркевичу, приводит к уменьшению каждой третьей гекса¬гональной полости в результате сдвига O(2) к центру. Если все уменьшенные полости вакантны, отношение К+ : □ = 2 : 1. Замещение Na+ на Са2+ в овальных кольцах структуры природных нефелинов обычно компенсирует дефицит заряда, обусловленный вакансиями в гексагональных кольцах. Таким образом, образование несоразмерных фаз нефелина рассматривается как результат взаимодействия упорядочения К + -вакансий и смещения O(1)-позиций в структуре нефелина.
Возникновение доменной структуры, как и суперструктур, зависит от температуры, которая контролирует явления упорядочения. Согласно, при высокой температуре тетраэдры каждого типа в нефелине ориентированы беспорядочно, а при низкой - упорядоченно, что приводит к формированию доменности. Стремлению системы к упорядочению может препятствовать ее нестехиометричность.
Изменения в структуре при катионных замещениях и нагревании связаны главным образом с вращением сдвоенных тетраэдров Т(1) и Т(2) около тройной оси благодаря асимметричности овальных колец, окружающих атомы Na.
Полиморфные модификации нефелина, изученные главным образом среди искусственных соединений NaAlSiO4, нефелиновую (нефелины: гексагонанольной сингонии Р63), бериллонитовую (тринефелины: гексагональная сингония Р61 ромбическая сингония Pna21, моноклинная сингония P21, или Р21n и Na-нефелины) и карнегиитовую (карнегиит: кубическая сингония P213, ромбическая сингония Pb21a) топологии. Структуры полиформов остаются не до конца расшифрованными из-за легкости трансляций смещения в базовой тридимитовой решетке, перемещения ионов в каналах с формированием промежуточных структурных модификаций и/или сосуществования исходной и новообразованной фаз. Причина трансляций - изменение температуры (и давления) или характера катионных замещений.
Нефелиновая топология, основанная на решетке тридимита, с последовательностью тетраэдров UDUDUD в гексагональных и овальных кольцах тетраэдрического слоя (с отношением 1 : 3) свойственна идеальному нефелину KNa3[AlSiO4]4 и его калиевым и натриевым разностям с гексагональной симметрией P63, в которых отношение K/Na отличается от идеального 1 : 3 и в магматических нефелинах может колебаться от 1 : 7 до 1 : 3 в натриевых и от 1 : 3 до 3 : 5 в калиевых разностях. В системе Ne-Ks выделенные разности отвечают соответственно двум субсистемам: калиевой (KNa3Al4Si4O16-KAlSiO4) с четким разрывом смесимости между Ne и Ks и натриевой (KNa3Al4Si4O16-NaAlSiO4) с подвижной границей между конечными фазами, приближенной по составу к фазе NaAlSiO4 .
В природе наиболее распространены калиевые разности. Избыточный против стехиометрического количества калий заполняет имеющиеся вдоль гексагональных каналов вакантные позиции, что сопровождается плавным увеличением параметров и объема элементарной ячейки. Момент, когда калий начинает замещать натрий в меньших овальных полостях, отвечает разрыву смесимости в субсистеме KNa3Al4Si4O16-KAlSiO4, разрушению решетки нефелина и формированию (при больших содержаниях калия) трикальсилита, тетракальсилита или кальсилита с иной топологией тетраэдрических слоев гексагональной решетки. Предельное для высококалиевого нефелина содержание калия, при котором сохраняются структура и топология идеального нефелина, составляет 63 мол.% Ks.
В натриевых разностях избыточный против стехиометрического натрий вынужден замещать калий в крупных полостях структуры. Из-за меньших размеров иона натрия полный контакт его с окружающими канал атомами кислорода не наступает и может быть достигнут либо смещением иона Na из центра гексагонального канала к его стенкам, либо при сжатии (искажении) самого канала. В природных нефелинах эта проблема большей частью решается появлением незаполненных (вакантных) позиций К (К ↔ □) в сочетании с замещением Аl на избыточный Si: К + Аl3+ ↔ □ + Si 4+.
Изучение серии искусственных образцов нефелина методами высокотемпературной порошковой рентгенографии и сканирующей высокотемпературной калориметрии показало, что в интервале содержаний 25-2,5 мол.% Ks натриевые разности нефелина сохраняют гексагональную решетку и топологию идеального нефелина (при незначительном уменьшении объема ячейки) за счет смещения иона Na на ~0,3 А от центра канала (положения тройной оси) и статистического распределения Na по трем позициям при заполнении каждой на 1/3. На основании детального исследования структуры искусственного нефелина состава (□0,04 Ко,48Nao,48) Na3[Al0,99 Si1,01 О4]4 (получен нагреванием смеси оксидов в расплавленном NaCl при 1000°) Грегоркевич допускает, что высоконатриевые разности нефелина могут сохранять устойчивую гексагональную решетку идеального нефелина независимо от того, заняты ли центральные полости калием, натрием или вакансиями.
Дальнейшее замещение калия натрием с уменьшением содержания К ниже 2,5 мол.% Ks в интервале 2,5-0 мол.% Ks приводит к сложным и обратимым сдвиговым трансформациям с образованием полиморфных модификаций, характеризующихся суперструктурами типа 3с, устойчивыми при низких температурах до 200-300°.
Сходные суперструктуры (с использованием методов монокристальной рентгенографии и электронной дифракции) обнаружены в ряде искусственных и естественных образцов высоконатриевого нефелина.
Близкая к бериллонитовой топология решетки отмечена для новой модификации искусственного NaAlSiO4 с гексагональной сингонией Р61 и параметрами: а = - 9,995, с - 24,797А, изученной Каленбергом и Бёмом. Кристалл сдвойникован по мероэдрическому закону (m21о). Почти идентичные размеры ячейки искусственного NaAlSiO4 приведены ранее Класка с соавторами. Полученная гексагональная фаза также названа тринефелином. Несмотря на определенное сходство кристаллических струк¬тур гексагональный тринефелин отличается от нефелина топологией каркаса, построенного исключительно из овальных колец. Подобный каркас имеет низкотемпературный F1-тридимит. Особенностью единичных колец этого тридимита является иная ориентация одного из трех тетраэдров, обращенных вершинами вверх по оси с, отвечающая последовательности тетраэдров в кольцах UUDUDD, установленной для моноклинного нефелина Р21n . Однако в гексагональном тринефелине взаимная ориентация единичных овальных колец сложнее. Предполагается, что структура гексагонального тринефелина является не простым утроением структуры нефелина (его сверхструктурой), а новым типом заполненного катионами Na тридимитового каркаса. Углы О-Т-О близки к идеальным - 109,47° (107,8-113,7° в тетраэдрах SiO4 и 103,7-118° в тетраэдрах AlO4); средний угол Т-О-Т - 138,5° (129,4-167,6°). Как видно из приведенных значений,AlO4-тетраэдры искажены сильнее, чем тетраэдры SiO4. Распределение Na в структуре неупорядочено: типичная длина связи Na-O = = 2,5-2,6А характерна для бериллонитовой топологии. Смещение иона Na параллельно оси с устанавливает локальный баланс зарядов в решетке.
Карнегиитовая топология определена для полиморфной разности искусственного NaAlSiO4 — карнегиита с базовой решеткой кристобалита, заполненной атомами Na. Как и кристобалит, карнегиит представлен высокой (кубической) и низкой (триклинной или моноклинной) формами.
Высокий карнегиит — высокотемпературная полиморфная разность NaAlSiO4. Решетка кубичическая гранецентрированная T4-Р213. Расширение структуры с изменением пр. гр. до F43 (также отвечающей высокому кристобалиту) происходит при вхождении в нее избыточного натрия.
Основу структуры высокого карнегиита составляют цепочки из чередующихся Si,Al-тетраэдров, параллельных шести двойным осям. Цепочки, пересекаясь, образуют каналы из 6-членных колец, на 1/2 занятых атомами Na. Высокий карнегиит получен из нефелина при температурах выше 1250°. После закаливания может существовать метастабильно до комнатной температуры. Температура его плавления 1580°. Переход нефелин → высокий карнегиит осуществляется в результате полной реконструкции решетки, аналогичной переходу тридимит → кристобалит. Однако температура этого перехода значительно ниже, а скорость преобразования выше, что объясняется наличием в карнегиите более слабых, чем Si-O-Si, связей Al-O-Si между тетраэдрическими слоями.
Низкий карнегиит образуется в процессе медленного охлаждения высокого карнегиита до 690°. Инверсия преобразования высокий (α) → низкий (β ) карнегиит протекает вяло, по типу сдвиговой трансформации и легко обратима.
В отличие от высокотемпературного карнегиита рентгенограмма низкотемпературной модификации содержит дополнительные слабые линии. Тонкое двойникование указывает на ее низкую симметрию. Параметры ячейки точно не определены.
Как и высокий, низкий карнегиит может существовать метастабильно до комнатной температуры и обнаруживает при нагревании две инверсии — при 658,3° (переход в высокий карнегиит) и при 206,5°, а при охлаждении - одну при 653,7°, вторая проявлена очень слабо.
Постепенный переход между полиморфными модификациями NaAlSiO4 определяется топологией базовых решеток (либо кристобалита, либо тридимита) и при одинаковой топологии осуществляется, как правило, путем трансформации сдвига, а при разной путем трансформации перестройки. Во всем интервале температур устойчивости полиморфов Na-нефелина - от комнатной до 1580° (температура плавления карнегиита) как наиболее высоко-, так и низкотемпературные фазы известны только для синтезированных разностей NaAlSiO4. Природный нефелин устойчив в интервале температур 200-1200°, за пределами которого может существовать метастабильно. Примером его метастабильного образования являются находки кристаллов низкокалиевого нефелина в породах Монте-Соммы, Везувий, сосуществующего с обычным среднекалиевым нефелином.
В структуре искусственных фаз Na-нефелина может присутствовать существенное количество избыточного кремния. Как и в природных образцах, вхождение дополнительного кремния в структуру связано с сопряженным обменом NaAl □ Si, что, как полагают, может приводить к преобразованию конечного члена системы Ne-Ks Na4Al4Si4O16 в гипотетическую конечную фазу [I]Na3Al3Si5O16 с полностью вакантными гексагональными кольцами.
Изучение термодинамики процесса вхождения избыточного кремния в структуру натриевых нефелинов (от Na4Al4Si4O16 до Na3KAl4Si4O16) и кальсилита (KAlSiO4) с использованием величины энтальпии показало, что энергетический эффект сопряженного обмена (Na, К) Аl на □ Si сравним с эффектом Na↔К замещения. В Na-нефелине (х — 0,125) при росте числа вакансий (хшс), занимающих преимущественно гексагональные кольца, параметры а, с и объем элементарной ячейки увеличиваются незначительно (что отчетливо видно на графиках зависимости а, с и V от xvac). Напротив, при увеличении числа вакансий в идеальном нефелине (Na3K) параметры а, с и V уменьшаются. Это означает, что конфигурация и размер гексагональных позиций в Na-нефелине определяются главным образом тетраэдрической решеткой (а не Na↔К замещением). Распределение избыточного кремния в тетраэдрическом каркасе неупорядочено, носит случайный характер и может приводить к возникновению дополнительных гексагональных полостей за счет реорганизации части овальных (потеря Na и вхождение меньшего по размеру иона Si вместо Аl).
В природных нефелинах магматического происхождения обычно присутствует кальций. Замещение натрия кальцием сопровождается появлением вакансий по схеме 2Na ↔ □ Са. Для конечного члена системы Ne-Ks Na4Al4Si4O16 при подобном замещении возможно формирование гипотетической конечной фазы □ CaNa2Al4Si4O]6 с полностью вакантными позициями катионов в крупных полостях, обычно занятых К. Природный Са-содержащий нефелин обнаружен Росси с соавторами. Его химическая формула (K0,20 Na6,60 Ca0,57 □0,57)Al 7,91 Si8,07 O32 и структурные параметры (Р63, а = b = 9,982, с = 8,364 А) позволяют рассматривать его как промежуточную между Na-нефелином Na8Al8Si8O32 и анортитом Ca4□4Al8Si8O32 разновидность нефелина. Однако распределение катионов Na, К, Са и вакансий в ее структуре отличается от свойственного идеальному нефелину: в крупных пустотах статистически распределены Са + Na + мало К + □, причем одна позиция Са была на месте обычной для нефелина позиции К и другая (обозначенная как Са), занятая Са + Na + □, оказалась смещенной вдоль оси z примерно на 1,25 А. Таким образом, в отличие от идеального нефелина (K2Na6) с центрированным расположением катионов в крупных полостях и натриевого нефелина (Na2Na6) с атомом Na вне центра полости, конечная фаза кальциевого нефелина (Са4 □ Na6) обнаруживает смешанное распределение катионов в крупных полостях.Нефелин сплошные массы. Украина
Главные формы: с(0001) и m(1010) , часто встречающиеся а(1120) и р(1011), более редкие q( 1012) и z(2021).
Форма нахождения в природе
Облик кристаллов. Кристаллы нефелина мелкие, призматические, короткостолбчатые 6- и 12-сторонние призмы m(1010) с плоской с(0001) или многогранной вершиной. Кристаллы (до 3 см). Вкрапленники нефелина в породу иногда представлены хорошими кристаллами четырехугольного и шестиугольного сечения.
Двойники. Двойники или четверники по m(1010) и с(0001) и по е(1122) и (3365), что отражено в формах фигур травления.
Агрегаты. Кристаллы образуют вкрапленники в породу в виде бесформенных зерен и выделений нефелина. Друзы, неправильные зерна, сплошных зернистых массах.
Срастания. Микроперитовые сростки нефелина с кальсилитом, возникшие в результате распада нефелиновых твердых растворов, наиболее широко распространены в вулканогенных образованиях щелочно-ультраосновного состава. Экспериментально показано, что скорость образования зародышей кальсилита в твердом растворе Ne-Ks увеличивается с падением температуры, гидростатического давления и при участии гидротермальных растворов. В нефелиновьщ сиенитах и других полевошпатовых разностях щелочных пород микропсртитовые сростки нефелина с кальсилитом нередко образуют включения внутри зерен полевого шпата.
Более распространены срастания и прорастания нефелина с полевыми шпатами, детально рассмотренные в отечественной литературе по щелочным массивам Кольского п-ова и Кузнецкого Алатау. Наблюдались графические срастания нефелина с К-полевым шпатом наряду с пойкилитовыми вростками нефелина в ортоклазе, а также дактилоскопические срастания нефелина с К, Na-ортоклазом (как возможный продукт распада натрийсодержащего лейцита), пойкилобластовые, полосчатые, каплевидные включения К-полевого шпата в крупных кристаллах нефелина, включения микроклина в нефелине. Вермикулярные прорастания нефелина с К-полевым шпатом описаны для щелочных пород, промежуточных между ийолитом и нефелиновым сиенитом оз. Каминак, Канада.
Менее распространены срастания нефелина с плагиоклазом, образование которых обычно связывают с процессами К,Nа-метасоматоза. Они наблюдались в массивах нефелиновых сиенитов: комплекса Марагудзи, в пров. Зап. Гата, Инди, в щелочном комплексе Колдуэлл, пров. Онтарио, Канада. Нефелин-плагиоклазовые прорастания установлены в основной массе породы, содержащей К-полевой шпат. В Индии плагиоклаз замещен срастаниями микроклин-пертита (сохранившего реликты андезина) с нефелином, который расположен вдоль направлений спайности или плоскостей двойникования плагиоклаза. В Канаде при метасоматическом замещении ксенолитов полевошпатовых порфиров, захваченных нефелин-сиенитовой магмой, сформировались вермикулярные прорастания нефелина и олигоклаза, корродирующие крупные кристаллы андезина или окружающие их в виде коронитов (катион-обменная десиликация плагиоклаза).
Кристаллы гиперстена в нефелине
Физические свойства
Оптические
Цвет бесцветный, желтоватый; благодаря включениям окрашивается в серый, зеленоватый, розоватый, мясо-красный до бурого цвета.
Черта белая.
Блеск стеклянный,..
Отлив редко перламутровый, в присутствии примесей до жирного
Прозрачность. Прозрачен или слабо просвечивает.
Механические
Твердость 5,5-6; микротвердость 639-762 кГ/мм2 (при нагрузке 100 г). Хрупок.
Плотность 2,55-2,67, для чисто натриевого искусственного нефелина (NaAlSiO4) - 2,61 (вычисл. 2,69), для карнегиита 2,513, зависит от дефицита щелочных катионов в решетке, а не от содержаний кремнезема в тетраэдрах.
Спайность по (1010) отчетливая, по (0001) несовершенная.
Излом раковистый, неровный.
Химические свойства
Легко разлагается НСl и другими минеральными и органическими кислотами с выпадением геля SiO2. При длительном кипячении в воде раствор приобретает щелочную реакцию. После протравливания сиропной ортофосфорной кислотой способен окрашиваться 0,25%-ным раствором метиленовой сини в темно-голубой цвет.
Прочие свойства
Нефелин - одномерный ионный проводник. Электрическая проводимость имеет ионную природу, тесно связана с диффузионной и определяется в основном наличием протяженных каналов вдоль оси с структуры, где могут находиться свободнее ионы. Для кристаллов искусственного чисто Na-нефелина установлена прямая зависимость удельной ионной проводимости от стецени заполненности позиций натрия; при увеличении числа вакансий проводимость падает на два порядка. Коэффициент электрической проводимости нефелина много больше, чем кальсилита и отражает отличия в их составе и структуре.
Электрическая проводимость в других направлениях ограничена, связана с перескоком ионов между двумя дискретными позициями и также зависит от концентрации ионов Na - главных переносчиков зарядов в нефелине.Высокая ионная проводимость позволяет использовать нефелин как архетип природных ионных проводников.
Люминесценция при комнатной температуре отсутствует, но проявляется с нагреванием (пики на кривой термовысвечивания при 140 и 270-340°). Снижение температуры кристаллизации ведет к изменению интенсивности люминесценции, что используется при решении генетических задач. Нефелин - слабый пьезоэлектрик: пьезоэлектрический модуль для монокристаллов близок к кварцевому.
В ИК-спектре нефелина интенсивные полосы в области 1000-1100 и 700 см-1 и узкие интенсивные полосы 515 и 470 см-1 отвечают колебаниям связей Si-O-Si и Si-О в тетраэдрах тридимитоподобного каркаса. ИК-спектры карнегиита подтверждают его структурное подобие β-кристобалиту. В субкалиевых разностях появляются дополнительные слабые максимумы: 578, 610 см-1 (тип “С”, 0,7-2,5% Ks) или 549 см-1 (тип “В”, 0,7% Ks), связанные с искажениями каркаса в субструктурах. При больших содержаниях К основные полосы смещаются в длинноволновую часть ИК-спектра, что особенно заметно для полосы 470 см-1, по положению которой предложено определять величину отношения К/(К+ Na + Са) в минерале.
Флотация нефелина из смеси с полевым шпатом изучена Циганом. Использовано 50-140 г фракции в 2,5 л водного раствора Na гексаметафосфата, лаурцламина и метилового спирта при pH = 4,0 ± 0,1 и Т = 30 ± 1°; pH регулируется HF; повторная очистка концентрата проводилась при 1050-1100 об/мин за 1/2-1 мин.
Молекулярный вес Na-нефелина NaAlSiO4 142,061, мольный объем 54,17 ±0,15 см3.
Поведение при нагревании. Плавление нефелина в стекло при 1380° сопровождается на кривых ДТА эндотермическим пиком. Нагретое до 1100° стекло обнаруживает эффект рекалесценции - выделяет скрытую теплоту кристаллизации, которая на кривой ДТА фиксируется экзотермическим пиком.
При нагревании объем нефелина увеличивается. Величина объемного расширения растет от 2,78% при 100° до 3,75% при 800°.
Температуры фазовых переходов изучены для полиморфов NaAlSiO4. Высокий карнегиит (кубическая) устойчив до температуры плавления 1525°. При понижении температуры до 1250° преобразуется в высокий нефелин (ромбомбическая), в свою очередь, переходящий в низкий нефелин (гекр.) около 900°. Преобразование высокого карнегиита в высокий нефелин с понижением температуры протекает вяло, а при закаливании высокий карнегиит может находиться в поле устойчивости нефелина вплоть до 690°, когда он преобразуется в низкий карнегиит (моноклинная или трикликлинная).
Искусственное получение минерала
Методами твердофазного и гидротермального синтеза получены аналоги природных минералов субсистемы NaAlSiO4-Na3K[Al4Si4O6] и твердые растворы в системах NaAlSiO4-KAlSiO4, NaAlSiO4-CaAlO4, нефелин-анортит (Ne-An), нефелин-альбит (Ne-Ab), использованные при изучении полей устойчивости фаз в этих системах. Исходными продуктами синтеза служили гидроксиды или карбонаты, реже нитраты Na и К, кремнезем и глинозем, из смесей которых приготавливались “гели” или стекла требуемого состава. После высушивания и нагревания до 1000° гели проверялись на отсутствие кристалличности и гомогенность. Использовались также природные минералы (канкринит, нефелин, альбит, каолинит, галлуазит) и стекла.
Впервые синтез Na-нефелина осуществлен Вашингтоном и Райтом в 1910 г., а затем Боуэном путем многократного спекания смеси Na2CO3, Аl2O3, SiO2 (в нужной пропорции) в стекло с промежуточным дроблением сплава и его последующей кристаллизацией. При высокой температуре получен кубический а-карнегиит, а при низкой - нефелин (температура инверсии 1248°). В условиях медленного охлаждения до 690° кубический α -карнегиит преобразуется в низкотемпературную низкосимметричную фазу неустановленной структуры - низкий (α -карнегиит.
Нагреванием 1 моль каолинита с 4 моль NaOH при 600° получен чистый α - карнегиит, а при меньшем количестве NaOH (3 моль) - смесь α -карнегиита с α - кристобалитом.
Из пудры стекла риолитового туфа (0,3 г), смешанной с NaOH (0,24 г), у- Аl2O3 (0,05 г) и минерализаторами (BeO, MgO, ZnO) и затем прогретой в интервале 500-800° при атмосферном давлении, синтезирован карнегиит, параметр а которого увеличивался с ростом температуры.
Из смесей природного каолинита и галлуазита с Na2CO3 сухим способом, а также из соосажденных систем: Аl, Si-гелей с Na2CO3 или NaNO3, из гиббсита или бёмита со стеклом Na2O• SiO2 синтезировали карнегиит и нефелин (высокий и низкий) и установили, что температура и скорость инверсии и структура полиморфов NaAlSiO4 зависят от структуры и количественных соотношений фаз, послуживших исходным материалом синтеза. Подтверждена установленная ранее точка инверсии высокий карнегиит → высокий нефелин при 1250°.
Гексагональный Na-нефелин синтезирован из смеси кристобалита, Аl2O3, NaHCO3 (измельчение в ацетоне 3 ч, нагревание в аргоне 10 ч для удаления СO2 и Н2O, неоднократное измельчение и нагревание при 800° 24 ч в автоклаве). Кристаллы Na-нефелина длиной 0,5 мм с гранями (1000), (0001), (1011) получены из смеси Аl2О3 и SiO2 в растворе NaOH нагреванием в автоклаве в присутствии воды при 600°, за 6 ч. Относительно крупные (2-3 мм), но засоренные примесями пластинчатые кристаллы Na-нефелина (n0 = 1,532, ne = 1,528) синтезированы из смеси Аl2O3, SiO2, Na2CO3 с минерализаторами.
Гексагональный Na-нефелин получен Шерером как сухим способом, npи нагревании гелей NaAlSiO4 в интервале 900-1200° за время от 6 до 34 сут, так в гидротермальных условиях при 1100° за 6 ч. Na-нефелин с гексагонально структурой получен также из природного альбита (Ab98 Or2) гидротермально за разные промежутки времени нагреванием в интервале 563-1000° при давлении 1,5-2 бар, а также путем щелочного обмена в расплаве NaCl при 810° за 24 ч при использовании для опытов нефелина из пегматита Ларвика, Норвегия.
В условиях низкотемпературного синтеза чисто натриевых и низкокалиевых разностей нефелина образуются метастабильные фазы с иррациональными низкосимметричными суперструктурами. Так, действием раствора NaF и NaOH на искусственный канкринит при 500°, PH2O = 700 бар за 70 ч авторы получили фазу с утроенным параметром Сс = 3cH псевдоромбической суперъячейкой (Р21), названную тринефелином. Аналогичная фаза синтезирована из геля NaAlSiO4 при 600°, PH2O = 2000 бар за 70 ч. Кристаллы нефелина, прогретые при 500° в течение 24 ч, преобразуются в гексагональный Na-нефелин.
В опытах по гидротермальному синтезу нефелина из гомогенного стекла состава Na1-x KxAlSiO4 (приготовленного из смеси SiO2, Аl2O3, NaOH, КОН и прогретого в автоклаве при 415°, PH2O = 400 кг/см2 с последующим закаливанием) обнаружено, что если при высоких содержаниях К (х = 0,6-0,8) кристаллизовался нефелин гексагональной симметрии с параметрами, отвечающими природным разностям, то при низких его концентрациях (х = 0,2-0,3) образуются призматические кристаллы с псевдогексагональной суперструктурой и более низкой симметрией: С63, а = 9,99, b = 17,3, с = 8,39 А; no = 1,544, ne = 1,539, плотность 2,65.
Искусственные фазы калийсодержащего нефелина, аналогичного природным образцам, получены в системе Ne—Ks из стекол с разным количеством примеси KAlSiO4 при 1050-1350° в течение 3-34 сут. Они представлены однофазной областью твердых растворов с параметрами ячейки, размеры которых зависят от содержания Ks в интервале до 62,5 мас.% (x = 4,796).
Определяется достаточно легко по следующим признакам. Нефелин интенсивно выветривается, что приводит к образованию на его поверхности порошковатых масс или рыхлой корки вторичных минералов. На свежих сколах он имеет мясно-красный или зеленый цвет и жирный блеск (с этим связано другие названия минерала - мясной или жирный камень). Характерной является также ассоциация с сахаровидным апатитом. Можно спутать с полевыми шпатами и кварцем. От полевых шпатов нефелин отличается отсутствием спайности и жирным блеском. В парагенезисе с кварцем нефелин не встречается и отличается от него меньшей твердостью, наличием вторичных изменений и жирным блеском. В отличие от полевых шпатов в условиях выветривания легко корродируется с образованием углублений и пустот, вследствие чего поверхность зерен приобретает жилковато-ячеистую структуру.
Нефелин - один из главных породообразующих минералов щелочных горных пород разнообразного состава и генезиса: магматических, метасоматических, метаморфических, а также мантийных образований и метеоритов. Образуется в широком диапазоне температур и давлений в условиях среды, недосыщенной кремнеземом и богатой щелочами и алюминием. Химический состав нефелина коррелируется с характером его минеральных парагенезисов, особенно с наличием или отсутствием в парагенезисе полевых шпатов и их составом - натрий-кальциевым или калий-натриевым. Выделяются три группы парагенетических ассоциаций нефелина, характерные для пород щелочно-ультраосновной, щелочно-основной формаций и формации щелочных пород среднего состава.
Бесполевошпатовые парагенезисы нефелина с клинопироксеном, оливином, мелилитом характерны для сильно недосьиценных (меньше 30% SiO2) пород щелочно-ультраосновной формации. Выделяются два типа таких парагенезисов: с мелилитом и без мелилита.
В плутонических разностях нефелин (10-30%) ассоциирует с мелилитом (40-70%), клинопироксеном (10-30%) и оливином (до 30%) в турьяитах, а также в окаитах, в которых оливин (0-10%) и клинопироксен (0-10%) играют резко подчиненную роль. Двухминеральный парагенезис нефелина с клинопироксеном, без мелилита, характерен для ийолитов и уртитов, где нефелин обычно преобладает (50-70% и более), и мельтейгитов (10-50% нефелина), где, напротив, преобладает клинопироксен (40-70%). В породах калиевых щелочных серий, содержащих мелилит, лейцит или кальсилит, нефелин встречается спорадически.
Нефелиновые геотермометры. Зависимость равновесных химических составов нефелина и сосуществующих с ним минералов от температуры формирования позволяет использовать его в геологической термометрии. На основании данных экспериментальных исследований построены термодинамические диаграммы, позволившие определять температуры равновесий нефелина с полевыми шпатами и пироксеном.
Гамильтоном предложен геотермометр, основанный на определении соотношения щелочей и избыточного SiO2 в твердом растворе нефелина в системе Ne-Ks-Q. Он наиболее точен для определения температуры формирования вулканических пород. В изверженных породах из-за высокой скорости обмена щелочей с появлением Н2О пар в процессе остывания магмы результаты определения начальной температуры кристаллизации пород бывают неудовлетворительны.
Перчук и Рябчиков использовали в качестве геотермометра парагенезисы нефелина с щелочным полевым шпатом и плагиоклазом в системе Ne-Fsp-Pl в Интервале 400-1000°. Однако температуры равновесий, полученные предложенным методом для оценки условий кристаллизации нефелиновых сиенитов, согласно, в ряде случаев оказались неприемлемыми. Основываясь на термодинамических расчетах, авторы работы определили более высокие температуры равновесий нефелин-полевой шпат в кристаллизующемся раетшаве. В то же время они сочли полученные в работе температуры убедительными при допущении, что равновесная кристаллизация нефелина и полевого шпата Продолжалась при падении температуры от 900-980 до 650°.
По-видимому, оптимальным представляется учет всех факторов, влияющих на обмен щелочей между нефелином, полевым шпатом и вмещающей средой в ходе их формирования.
Изменение минерала
Нефелин, образовавшийся в результате магматической кристаллизации или в стадию Na-метасоматоза, замещается более поздним комплексом минералов при К- или Са-метасоматозе. В метасоматических мелилитовых породах Ковдорского массива он почти нацело замещается мелилитом, флогопитом, содалитом, канкринитом, спорадически гранатом.
Под воздействием гидротермальных растворов нефелин изменяется в анальцим, натролит, томсонит, канкринит, содалит, парагонит, серицит, бёмит. Упоминавшиеся ранее в литературе продукты изменения нефелина - гизекеит, гидронефелин, ренит - представляют собой смеси натролита (главный минерал) с анальцимом, томсонитом, альбитом, канкринитом, кальцитом, хлоритом, каолинитом. Наиболее распространено замещение нефелина анальцимом, а из других цеолитов - томсонитом и натролитом, а также филлипситом и лейцитом, обычно выполняющими трещины и пустоты. Лейцит образуется по нефелину непосредственно или через стадию анальцима.
Нефелин легко подвергается выветриванию. При этом он замещается монтмориллонитам, каолинитом, гиббситом или Аl, Si-гелями. В нижних горизонтах коры выветривания, благодаря высоким pH растворов из-за возрастающих концентраций щелочей, замещается также цеолитами, не характерными для выветривания большинства пород.
Экспериментальными исследованиями изменений нефелина в гидротермальных условиях и при выветривании установлена зависимость скорости процесса и состава формирующихся минералов от степени закрытости-открытости системы, стадии изменения, температуры и активности компонентов в растворах. Так, замещение нефелина анальцимом и натролитом протекает при высокой активности Na+ , томсонитом — Са2+ (в зависимости от отношения Ca 2+ /Na+ ), лейцитом - К+ , а иллитом, каолинитом, бёмитом - при пониженных активностях К+, Na+ , Са2+ , но разных pH растворов и длительности выщелачивания.
При высоких давлениях нефелин преобразуется в ассоциацию жадеита с NaAlO2, которые при давлении больше 180 кбар и температуре выше 1000° реагируют с образованием “hugoniot-фазы” нефелина NaAlSiO4 со структурой кальций-ферритового типа - новой, наиболее плотно упакованной модификации NaAlSiO4; предполагается вероятность ее существования в условиях мантии Земли.
Образование ударно-индуцированной фазы при трансформации нефелина под воздействием ударной волны наблюдалось в пределах мгновенного звукового давления от ~20 до 40 ГПа, что совпадает с областью давлений при получении ударно-индуцированного стишовита из кварца, а образование “hugo- niot-фазы” нефелина высокого давления совпадает с таковым альбита. Молярный объем “hugoniot-фазы” NaAlSiO4 со структурой кальций-ферритового типа (36,87 см3) много меньше, а плотность (3,853 г/см3) много больше, чем Na-нефелина (54,160 см3 и 2,623 г/см3 соответственно). Характер изменения объема предполагает наличие процесса сжатия аморфной фазы и, возможно, отражает свойства расплава выше шокового давления 60-80 ГПа.
Нефелин. Крупные кристаллы
Месторождения
Нефелинсодержащие щелочно-ультраосновные породы известны в массивах, расположенных на Балтийском (Сев. Карелия, Кольский п-ов, Финляндия, Южн. Скандинавия), Канадском и Бразильском щитах, на Сибирской и Северо- Американской платформах, в Гренвильской и Алтае-Саянской консолидированных складчатый областях. В формировании нефелина этих массивов заметная роль принадлежит процессам высокотемпературного метасоматоза.
Массивы нефелинсодержащих ультраосновных-щелочных пород, приуроченных к щитам, обычно связаны с карбонатитами. Классическим примером может служить Ковдорский массив (Кольский п-ов), представляющий собой сложную (многофазовую интрузию концентрически-зонального строения, прорывающую складчатую толщу биотит-олигоклазовых гнейсов и гранито- гнейсов беломорской серии архея. Нефелин вместе с клинопироксеном являются главными породообразующими минералами ийолит-мельтейгитов, образующих кольцевую субинтрузию, окружающую центральное ядро, сложенное наиболее древними породами массива - оливинитами и пироксенитами. Он слагает короткостолбчатые или таблитчатые идиоморфные зерна, заключенные вместе с вкрапленниками диопсид-авгита в основной массе эгирин-авгита. Является также распространенным минералом в более поздних дайках ийолитов, малиньитов, нефелиновый и канкринитовых сиенитов. Присутствует в метасоматитах, занимающих более половины площади массива: мелилититах, развитых по оливинитам, диопсид-флогопитовых, нефелин-пироксеновых и монтичеллитовых породах и турьяитах, связанных с ранней натриевой стадией метасоматического процесса. В завершающую стадию метасоматоза формируются карбонатиты, с которыми связано возникновение апатит-форстеритовых, магнетитовых и флогопитовых руд с перовскитом и бадделеитом. Нефелин образуется также при фенитизации вмещающих гнейсов на контакте с ийолит-мельтейгитами, замещая альбит - олигоклаз и анортоклаз.
К той же формации щелочно-ультраосновных пород с карбонатитами относятся более мелкие массивы: Салмагорский, Озерная Барака, Африканда, входящие вместе с Ковдорским массивом в Центральный пояс каледонских интрузий Кольского п-ова. Для них характерны интенсивное проявление метасоматоза с образованием мощных зон нефелинизации ультраосновных пород, фенитизации вмещающих гнейсов, а также присутствие нефелинсодержащих пегматитов. Неправильные ветвящиеся тела последних особенно распространены в массиве Африканда среди пироксенитов и оливинитов.
За пределами России на территории Балтийского щита к формации щелочно-ультраосновных пород с карбонатитами относятся известные кольцевые комплексы Альнё (Швеция) и Фён (Южная Норвегия), залегающие среди гранито-гнейсов докембрийского фундамента, где метасоматические процессы нефелинизации и фенитизации проявлены особенно интенсивно. Вокруг центрального штока карбонатитов образуются концентрические зоны существенно нефелиновых ийолиг-уртитов, нефелиновых сиенитов, фенитов и сиенитов нормального ряда. Фениты сформировались в результате десиликации гнейсов и привнося натрия. Мельтейгиты слагают также дайки в периферической части массивов.
Нефелинсодержащие ультраосновные породы с карбонатитами, сформированные в зонах разломов древних платформ, известны также в массивах Кугда и Одихинча Маймеча-Котуйской щелочной провинции на северо-западе Сибирской платформы.
В массиве Кугда, залегающем среди доломитов среднего кембрия, оливиниты окружены кольцом нефелинсодержащих мельтейгитов (10-15% нефелина) и меланократовых ийолитов (50-70% нефелина). С нефелином ассоциируют пироксен и спорадически оливин. Метасоматические преобразования проявлены слабо. В массиве Одихинча, находящемся в доломитах верхнего протерозоя с прослоями известняков и мергелей нижнего кембрия, оливиниты присутствуют только в виде ксенолитов в штокообразном теле мельтейгитов, ийолитов, ийолит-уртитов, меланитовых ийолитов и якупирангитов. В периферической зоне массива найдены останцы мелилитов, ункомпагритов и турьяитов, в которых нефелин ассоциирует с мелилитом и клинопироксеном. Один из блоков турьяита содержит тела пегматоидных пород пироксен-гранат-нефелин-флогопитового состава с промышленной концентрацией флогопита. Формирование массива завершается дайковой серией нефелинитов, микроийолитов, нефелиновых сиенитов и карбонатитов.
Среди вулканических разностей щелочно-ультраосновных пород, приуроченных преимущественно к континентальным рифтам, реже к островным дугам и платформам, нефелин входит в состав оливиновых нефелинитов (10-30% нефелина), меланефелинитов (10-40% нефелина) и нефелинитов (40-60% нефелина) и ассоциирует с клинопироксеном (более 10%), реже с оливином. На территории России эти породы мало распространены; они известны на Сибирской платформе, по северо-западному борту Анабарской антеклизы на северо-западе Маймеча-Котуйской щелочной провинции, где вулканогенные толщи пермо-триасового возраста сложены мелилитолитами и нефелинитами. Более широко распространены нефелинсодержащие щелочно-ультраосновные вулканиты в рифтовых зонах Восточной Африки и в Камеруне. Так, преобладающими пирокластами вулкана Олдоиньо-Ленгаи в Кенийской рифтовой долине являются ийолитовые и нефелинитовые туфы и экструзии меланефелинитов с прослоями пеплов и лав, в которых встречаются содовые карбонатитовые лавы.
В ряде районов мира известны гипабиссальные субвулканические щелочно- ультраосновные интрузии. В России это щелочной комплекс Турьего мыса на северном побережье Кандалакшского залива Белого моря, представленный дайковой серией щелочных пород - мельтейгитами, ийолитами, мелилитолитами и турьяитами, залегающими среди гранитоидов нижнего протерозоя и в песчаниках рифея. Нефелин присутствует в виде крупных фенокристов в ранних дайках и порфировых вкрапленников в более поздних нефелиновых мелилититах и мелилитовых нефелинитах, а также в виде микролитов в основной массе пород. Ассоциирует с мелилитом, оливином и клинопироксеном. Предполагается, что в результате его кристаллизации из первичного меланефелинового расплава образовалась последовательная серия пород: оливиновые и оливин-мелилитовые меланефелиниты → оливин-нефелиновые меланефелиниты → карбонатиты → нефелиниты. Температура кристаллизации оливиновых нефелинитов, определенная по равновесию нефелин-жидкость, совпадает с экспериментальной и составляет 1250-1300°.
В парагенезисе с полевыми шпатами, как калиево-натриевыми, так и плагиоклазами, нефелин образуется в щелочно-основных породах (44,15% SiO2). Максимальные содержания нефелина характерны для полевошпатовых ийолитов (30-50%), полевошпатовых уртитов (70—90%) и их вулканических аналогов — полевошпатовых нефелинитов (40—50%). Уртиты используются как нефелиновое глиноземное сырье. Щелочные полевые шпаты (5-15%) в парагенезисе с нефелином представлены микроклином, ортоклазом или санидином, а клинопироксены (5-50%) - эгирином, эгирин-авгитом или титан- авгитом; в полевошпатовых нефелинитах спорадически встречается оливин (до 5%).
В щелочных габброидах нефелин постоянно наблюдается в тералитах (10-30%) и эссекситах (5-20%) в ассоциации с плагиоклазом (20-40%), клинопироксеном (10-60%) и оливином (до 20%). В эссекситах, кроме плагиоклаза (30-40%), спорадически присутствует щелочной полевой шпат (20-30%), встречается амфибол. Нефелин здесь обычно ксеноморфен, образует неправильные зерна, нередко с пойкилитовыми включениями полевого шпата.
Для малораспространенных фельдшпатоидных сиенитов, промежуточных по составу между основными и средними породами, - сэрнеита, науяита и рисчоррита, характерен парагенезис нефелина с другими фельдшпатоидами - кан кринитом (5—20%) в сэрнеите, содалитом (30-50%) в науяите и кальсилитом (до 20%) в рисчоррите. Главный минерал парагенезиса - щелочной полевой шпат - микроклин-пертит, содержание которого может достигать 50-70%; для рисчорритов здесь характерен либо гомогенный микроклин, либо существенно калиевый адуляровидный ортоклаз. Присутствуют также клинопироксен (5-25%), амфибол (до 10%) или слюда.
Парагенезисы нефелина в щелочных базальтоидах (тефритах и нефелиновых трахибазальтах) отличаются от своих плутонических аналогов (тералитов и эссекситов) незначительно. Нефелин, как и полевой шпат, образует порфировые вкрапленники в афанитовой или трахитовой основной массе.
В вулканических аналогах основных фельдшпатоидных сиенитов (основных фонолитах) нефелин (10-20%) является типоморфным минералом нефелиновых мелафонолитов, где он ассоциирует с щелочным полевым шпатом (до 60%), содалитом (5—15%), клинопироксеном (5-20%) и амфиболом (5-10); редко встречаются оливин и плагиоклаз. Нефелин входит в состав основной массы и образует порфировые вкрапленники наряду с щелочным полевым шпатом (ортоклазом или санидином) и клинопироксеном .
Нефелин. Сростки кристаллов нефелина и эгирина в щелочной породе
Нефелинсодержащие щелочно-основные породы связаны преимущественно с вулкано-плутоническими комплексами, в которых пространственно и во времени совмещены комагматичные щелочно-базальтоидные и щелочно-габброидные ассоциации пород. На территории России они известны в ряде щелочных провинций: Карело-Кольской на Балтийском щите (массив Гремяха-Вырмес), Кузнецкого Алатау (Кия-Шалтырский, Горячегорский массивы), Южн. За¬байкалья (Белозерский массив), Западно-Алданской (Мурунский массив), Уральской (Нязепетровский, Нижне-Тагильский, Кушвинский массивы). Из зарубежных детально описаны массивы Европейского континента: Португалии, Чешско-Силезской рифтогенной структуры, Рейнской вулканической области (массив Кайзерштуль), а также Балтийского щита (Иивара в Финляндии, Фён в Норвегии, Альнё в Швеции). В Северной Америке массивы нефелинсодержащих основных-щелочных пород находятся в пределах Гренвильской складчатой области и на Канадском щите - в щелочных провинциях Халибуртон, Банкрофт, Блю-Маунтин, а также в ассоциации с ультраосновными-щелочными породами массива Каминак. В Южной Америке они встречены на Бразильском щите в составе вулкано-плутонического комплекса Посус-ди-Кальдас (пров. Минас-Жерайс) (фонолиты и нефелиновые сиениты). В Азии — известны в Монголии, среди четвертичных вулканитов Японии, среди траппов Декана в Индии (щелочные базальтоиды и трахиты). В Австралии описана кайнозойская серия нефелиновых базальтов, трахитов, фонолитов в Новом Южном Уэльсе. На океанических островах: Св. Елены, Азорских - в Атлантике и на Гавайских - в Тихом океане они находятся среди щелочных вулканитов основного и ультраосновного состава.
Классическим примером щелочно-основного магматизма является палеозойская провинция Кузнецкого Алатау в России, где развиты вулканиче¬ские, субвулканические и интрузивные образования. Нефелинсодержащие породы всегда ассоциируют с субщелочным габбро. Примером массива, сложенного полнодифференцированной серией щелочно-основных пород, может служить Кия-Шалтырский, залегающий среди нижнекембрийских известняков и плагиоклазовых порфиритов. Основную площадь массива занимают безнефелиновые субщелочные габбро ранней интрузивной фазы, в эндоконтакте которых находятся тела уртитов второй интрузивной фазы, ийолитов и основных плагиоклазовых уртитов, а также тералитов в зоне экзоконтакта. Формирование нефелина связывают с изменением габбро в результате Na-метасоматоза. Небольшие дайкообразные тела фойяитов третьей фазы, сложенные микроклин-пертитом, нефелином и эгирином, сформированные при внедрении нефелин-сиенитового расплава, приурочены к зонам трещиноватости. Плагиоклазовые уртиты и тералиты благодаря высоким содержаниям нефелина (до 80-90%) представляют собой богатое глиноземное сырье.
Мощные тела полевошпатовых уртитов, тералитов и лейкократовых нефелинсодержащих тералитов развиты в центральной части Горячегорского массива Кузнецкого Алатау, залегающего среди нижнедевонских порфиритов. В юго-западной части массива находится обособленное тело поздних фойяитов. Наиболее высокое содержание нефелина (до 60%) - в порфировидных лейкократовых тералитах.
На Витимском нагорье Восточного Забайкалья серия щелочно-основных пород с нефелином наиболее полно представлена в Нижне-Бурульзайском массиве, залегающем среди верхнепротерозойских известняков, субщелочных габброидов и пироксенитов икатского комплекса. Массив сформировался в три интрузивные фазы: габбро-пироксениты (I) → якупирангит-уртиты (II) → фойяиты (III). В центральной части массива преобладают уртиты, содержащие до 80% нефелина, и ийолит-уртиты (до 40% нефелина). Они окружены ийолитами, якупирангитами и мельтейгитами, развитыми вдоль зоны эндоконтакта с габброидами и пироксенитами. В экзоконтактовой зоне габброиды подверглись нефели- низации с образованием тералитов. Поздние фойяиты слагают редкие маломощные жилы среди ийолитов и уртитов.
Нефелинсодержащие породы щелочно-габброидных серий известны также на Балтийском щите в массиве Гремяха-Вырмес на Кольском п-ове. Это сложный расслоенный плутон, состоящий из трех комплексов пород: древних габбро-перидотитов нормального ряда и молодых щелочно-габброидных и щелочно-гранитоидных. Наиболее распространены полевошпатовые уртиты (ювиты), содержащие нефелин, а также полевошпатовые ийолиты (малиньиты) с меньшим содержанием нефелина. Нефелин является самым ранним минералом и образует крупные (до 3 см) идиоморфные зерна с характерными включениями мелкоигольчатого эгирина по зонам роста, а также развит в виде кайм и входит в состав основной массы породы (мелкие округлые зерна размером 0,01-2,0 мм). Сосуществующий с нефелином пироксен всегда обогащен эгириновой молекулой.
Парагенезис нефелина с преобладающим щелочным полевым шпатом и щелочным пироксеном, амфиболом, биотитом, иногда с плагиоклазом характерен для щелочных пород средней основности (48-60% SiO2). В данной ассоциации нефелин постоянно присутствует в нефелиновых фонолитах вулканического происхождения (20-40% нефелина) в виде порфировых вкрапленников и мелких неправильных зерен основной массы. Нефелиновые фонолиты широко распространены как на континентах, так и на островах Атлантического, Тихого и Индийского океанов. В России известны среди вулкано-плутонических комплексов Кольско-Карельской, а также Маймеча-Котуйской, Восточно-Саянской и Кузнецко-Минусинской щелочных провинций.
Обширные лавовые покровы фонолитов (до 9000 км2) развиты в щелочных провинциях Африки. В Юго-Западной Африке (ЮАР) наиболее известен вулканоплутонический комплекс Пилансберг, в котором плутонические эгириновые и амфиболовые фойяиты, луявриты и сиениты, прорванные дайками тингуаитов и фонолитов, перекрыты мощными покровами докембрийских (1290 ±180 млн лет) нефелиновых фонолитов. В системе Восточно-Африканских рифтов нефелиновые фонолиты участвуют в строении вулканов Северной Танзании, Уганды, Кении и Эфиопии. Самые крупные (до 2400 км2) поля платофонолитов приурочены к бортам рифта Грегори. Крупные (до 2000 км2) поля нефелиновых фонолитов находятся северо-западнее щелочного пояса Камерунского тектонического линеамента в провинциях плато Джое, Аир и нагорья Ахаггар в Сахаре. Встречаются они и на территории Северной Америки. В Южной Америке сосредоточены в восточной части Бразильской платформы в составе вулкано-плутонических комплексов центрального типа, как, например, массив Посус-ди-Кальдас на Атлантическом побережье. В Европе приурочены к глубинным разломам Центрально-Европейской рифтовой системы - входят в состав щелочных базальтоидных серий Рейнского грабена (районы Кайзерштуль, Хеггау, Штайнгейм, Бренк, Эйфель, Веетервальд, Рён, Хильбург) и Центрального Французского массива. Извествы на Британских островах в Северо-Западной Шотландии, среди третичных вулканических полей Гренландии, в Испании и Португалии.
В плутонических щелочных породах среднего состава нефелин в качестве породообразующего минерала распространен в нефелиновых сиенитах: фойяитах (25-40%), луявритах (20-30%), миаскитах (20-30%), мариуполитах (10—30%), псевдолейцитовых сиенитах (до 10%). Формы выделения нефелина в этих породах разнообразны. Он слагает ксеноморфные или таблитчатые кристаллы, встречается в виде пойкилитовых включений в крупных зернах полевого шпата, эгирина или арфведсонита. В порфировидных разностях мариуполитов развиты крупные таблитчатые кристаллы нефелина среди альбитовой основной массы. В результате перекристаллизации при автометасоматозе в мариуполитах возникают крупнозернистые (очковые) агрегаты, шлиры и линзообразные слои нефелина. В псевдолейцитовых нефелиновых сиенитах нефелин образует микропегматитовые срастания с ортоклазом.
В России классическими примерами массивов нефелиновых сиенитов являются Хибинский и Ловозерский на Кольском п-ове. Крупнейший в мире Хибинский массив (1327 км2) с зонально-кольцевым внутренним строением залегает в зоне тектонического сочленения архейских гнейсов и протерозойских вулканогенно-осадочных пород серии Имандра-Варзуга. Основная площадь массива занята фойяитами (в центре) и хибинитами (по периферии), между которыми расположены породы так называемой “центральной дуги”: мельтейгит-уртиты, малиньит-луявриты, ювиты и рисчорриты. Соотношение нефелина и полевого шпата в разных породах варьирует, но в сумме составляет около 80-90%. Нефелин ассоциирует с калиево-натриевым полевым шпатом - ортоклаз- и микроклин-пертитом в нефелиновых сиенитах (хибинитах и фойяитах) или с существенно калиевым адуляровидным полевым шпатом в породах “центральной дуги” (рисчорритах, ювитах, малиньитах, полевошпатовых уртитах). Ассоциирующие темноцветные минералы также различны: эгирин-салит и арфведсонит - в нефелиновых сиенитах, эгирин-диопсид, катофорит и рихтерит - в мельтейгит-уртитах, слюда (биотит, лепидомелан, флогопит) - в фойяитах и рисчорритах. Предполагается, что щелочные амфиболы и пироксены (арфведсонит и эгирин) образуются в результате поздних автометасоматических и наложенных метасоматических процессов.
С грубозернистыми породами “центральной дуги” пространственно и генетически связаны апатит-нефелиновые породы, являющиеся фосфорными и глиноземными рудами Хибинских апатитовых месторождений. Количественные соотношения апатита и нефелина в них изменчивы: в богатых “пятнистых” апатитовых рудах - до 74,6 мас.% апатита и 14,9% нефелина, в бедных “сетчатых” и “брекчиевых” рудах - 31,7-32,4% апатита и 37,3-51,8% нефелина. Генезис апатит-нефелиновых месторождений неясен, и различные гипотезы (кристаллизационные, ликвационные, метасоматические) дискутируются. Существует гипотеза о кристаллизационно-гравитационном разделении нефелина и апатита в уртитовом расплаве. Предполагается также, что часть руды представляет собой эруптивную брекчию из обломков апатит-нефелиновых пород и вмещающих мелкозернистых уртитов, сцементированных массивными среднезернистыми уртитами. Используя типоморфные особенности нефелина из обломков и цемента, авторы работы показали, что уртит цемента образовался позже уртита обломков и, по-видимому, из другой порции расплава.
Нефелин является также главным минералом пегматитов в хибинских ийолит-уртитах и нефелиновых сиенитах. Размеры его зерен колеблются от нескольких до 30 см и более.
Ловозерский массив нефелиновых сиенитов (650 км2) - один из крупнейших массивов агпаитовых нефелиновых сиенитов мира. Он представляет собой классический пример первично-расслоенных интрузий. Залегает в дислоцированной толще фенитизированных архейских гнейсов. Предполагается, что массив сформирован в четыре последовательные интрузивные фазы: пойкилитовых и порфировидных нефелиновых сиенитов (I); первично-расслоенного (“дифференцированного”) комплекса фойяитов-луявритов-уртитов (II); слабо расслоенного комплекса эвдиалитовых луявритов с субфазой порфировидных луявритов (III); фельдшпатоидных пойкилитовых сиенитов - науяитов (с нефелином и содалитом) и безнефелиновых - тавитов (с содалитом) (IV). Основная площадь массива занята породами II интрузивной фазы. В “дифференцированной” комплексе выделяют три зоны: в верхней и нижней преобладают фойяиты, в средней - луявриты. Нефелин ассоциирует с калиево-натриевым полевым шпатом, эгирином или арфедсонитом. В силу агпаитового порядка кристаллизации нефелин образуется первым; он преобладает в уртитах, примерно равен по содержанию микропертиту в фойяитах и играет подчиненную роль в луявритах, где преобладают эгирин и арфведсонит. Среди пород III интрузивной фазы резко преобладают эвдиалитовые и порфировидные луявриты, различающиеся количественными соотношениями нефелина, полевого шпата, эгирина и эвдиалита. Нефелин-содалитовые сиениты IV фазы (науяиты и тавиты) занимают ничтожную часть площади массива.
Агпаитовые нефелиновые сиениты и залегающие в них пегматиты характеризуются обилием второстепенных и акцессорных редкометальных (Li, Be, TR, Ti, Nb, Zr) минералов, в формировании которых велика роль летучих компонентов (Cl, F, S).
За пределами России аналогом Ловозерского массива является Илимаусакский плутон агпаитовых нефелиновых сиенитов (136 км2), расположенный в пределах Гардарской провинции в Южной Гренландии. Интрузив верхнепротерозойского возраста, внедрен в докембрийские юлианехаабские граниты и перекрыт гардарскими песчаниками и лавами. Предполагается трехстадийное формирование плутона в последовательности: авгитовые сиениты (1), кислые породы (2) и расслоенные агпаитовые нефелиновые сиениты (3), занимающие основной объем интрузива. В прикровлевой его части последовательно сверху вниз формировались пуласкиты, фойяиты, содалитовые фойяиты и науяиты; в нижней части камеры находятся какортокиты, кверху переходящие в луявриты. На самой поздней стадии внедрились арфведсонитовые луявриты, а также их средне- и крупнозернистые разновидности. Нефелин является главным породообразующим минералом во всех типах пород и сопутствующих им пегматитах. Расслоенность наиболее характерна для какортокитов с циклически повторяющимися черными (арфведсонитовыми), красными (эвдиалитовыми) и белыми (существенно полевошпатовыми) какортокитовыми слоями. Агпаитовые нефелиновые сиениты резко обогащены редкими элементами (Zr, Nb, TR, U, Be).
Ассоциация нефелина с полевым шпатом и биотитом характерна для миаскитовых нефелиновых сиенитов. Уникальная область их проявления - Вишневогорский и Ильменский массивы на Урале.
Вишневогорский массив (180 км2) сложен интрузиями миаскитов, залегающих согласно с толщей докембрийских метаморфических пород вишневогорской свиты в непосредственном контакте с биотитовыми гнейсами. Эндоконтактовая зона массива сложена плагиомиаскитами и плагиосиенитами, в экзокон- тактах развит мощный ореол фенитов и мигматитов. Вслед за внедрением интрузий миаскитов формировались жильные мелкозернистые миаскиты, миаскитовые аплиты, а также нефелин-полевошпатовые и полевошпатовые пегматиты. Состав полевых шпатов меняется от внешних зон массива к внутренним от существенно плагиоклазового (альбит, альбит-олигоклаз) к существенно калишпатовому с одновременным увеличением в парагенезисе роли нефелина. Максимальные содержания нефелина (20-30%) устанавливаются в миаскитах центральной зоны, где он ассоциирует с преобладающим (30-50%) калиевым полевым шпатом (микроклин, микроклин-пертит) и биотитом (5-15%). Породы массива интенсивно изменены наложенными процессами.
В пегматитах нефелин встречается в виде порфировых выделений и срастаний с микроклйном; размеры зерен достигают 1 м. Часто он полностью замещен канкринитом, Голубым вишневитом, анальцимом, натролитом, иногда гидраргиллитом. В процессе гипергенеза на поверхности зерен нефелина образуются пленкфгаллуцзита.
В щелочных магматических породах калиевого ряда нефелин встречается спорадически и распространен преимущественно в вулканических сериях. Обычна это сложные фенокристаллы, состоящие из макро- и микропертитовых сростков с кальсилитом, образовавшихся в результате распада твердого нефелинового раствора. В интрузивных породах минерал наиболее известен в нефелиновых сиенитах Сыннырского и Сакунского массивов в Прибайкалье. Нефелин этих пород обычно обогащен калием и находится в парагенезисе с калиевым полевым шпатом, чаще всего ортоклазом или санидином.
Нефелин встречается в виде включений в метеоритах, иногда в ассоциации с содалитом и мелилитом. Предполагается, что нефелин и содалит возникли при одновременной конденсации в ионизационно-контролируемом сублимационном процессе, при котором твердая фаза не находилась в температурном равновесии с газом.
Экспериментально обоснована возможность существования нефелина и других фельдшпатоидов в мантии Земли.
Типоморфизм
Наиболее устойчивый типоморфный признак нефелина щелочных пород различной основности и генезиса (плутонических, вулканических, метаморфических, метасоматических) - содержание в нем избыточного SiO2 (Q) и Са (анортитовая молекула, An). Нефелин из бесполевошпатовых парагенезисов щелочно-ультраосновных пород отличается минимальными содержаниями избыточного SiO2 (от 0 до 4 мол.% Q) и Са (0-0,8 мол.% An), а в полевошпатовых парагенезисах - максимальными их содержаниями: до 9 мол.% An - в щелочно-основных породах и до 10 мол.% избыточного Si02 (Q) - в щелочных породах средней основности. Количество избыточного SiO2 тесно связано с величиной отношения K/Na в нефелине. Гамильтон и Мак-Кензи экспериментально определили, что в системе Ne-Ks-Q Na-нефелин способен содержать больше избыточного SiO2, чем калиевый. Однако в природных образцах эта зависимость выражена слабо.
Отношение K/Na благодаря их способности к диффузионному обмену в ходе кристаллизации и посткристаллизационного преобразования нефелина не может служить устойчивым типоморфным признаком условий его кристаллизации. Однако при изучении массивов, связанных с единым магматическим очагом, K/Na отношение используется достаточно успешно. Наиболее изменчивы отношения K/Na в нефелине вулканогенных образований, где содержания К и Na могут достигать максимальных значений. Так, максимальные содержания Na обнаружены в нефелинах из фонолитов Дунидин, Новая Зеландия, и якупирангитов Могок, Бирма, а также в тералитах бывш. СССР.
Высококалиевые нефелины найдены: в калиевых лавах Юго-Западной Уганды, в нефелин-кальсилитовых пертитовых сростках из выбросов калиевой лавы вулкана Альбано, Италия, и в оливиновом мельтейгит-порфире бывш. СССР. Нефелины высококалиевых лав отличаются также максимальными (до 7,5% Fe2O3) содержаниями железа.
Типоморфны также состав и содержания редких (Li, Rb, Cs) и рассеянных (Be, Sr, Ga) микроэлементов в нефелине. Хотя их концентрация в минерале, за исключением галлия, невысока, изменение средних содержаний микроэлементов в ряду формаций от щелочно-ультраосновной к габброидно-щелочной, калиевой щелочно-базальтоидной и щелочно-гранитоидной носит закономерный характер. Так, Количество Li и Rb в этом направлении увеличивается, a Sr - падает, что, отражает закономерности концентрации элементов-примесей в генерирующих их первичных магмах. Подобная закономерность в определенной степени подтверждается для нефелинов из пород Хибинского щелочного массива: повышенные содержания Rb найдены в нефелинах рисчорритов (0,052 Rb2O) и мельтейгит-уртитов (0,024 Rb2O), а пониженные - в нефелинах нефелиновых сиенитов (0,015-0,016 Rb2O). Установлены также-вариации содержания Rb в нефелине различных субфаз хибинских мельтейгит-уртитов: оно возрастает от более ранних (0,008-0,016 Rb2O) к более поздним (0,023-0,028 Rb2O) субфазам. Однако указанную тенденцию можно объяснить и изменением щелочности—основности среды минералообразования формирующихся пород. В этом случае K/Rb отношение может быть использовано в качестве индикатора изменения щелочности среды минералообразования. Анализ содержаний Rb и K/Rb отношений в нефелине в породах юго-восточного сектора Хибинского массива позволил выявить изменение характера щелочности последовательных метасоматических процессов: нефелинизация ийолит-уртитов с образованием блоковых уртитов при Na-метасоматозе фиксируется высоким отношением K/Rb в нефелине, тогда как формирование пойкилобластовых нефелиновых сиенитов при более позднем К, Si- метасоматозе приводит к пониженной величине K/Rb отношения в нефелине.
В распределении Be и Ga четкие закономерности пока не установлены, хотя содержание Ga в нефелине представляет практический интерес, поскольку при переработке нефелиновых концентратов он извлекается попутно с алюминием.
Для нефелиновых фонолитов провинции Гардар, Гренландия, Ларсен определил, что по отношению к сосуществующему полевому шпату нефелин обогащен Rb, Zr, Nb, Cs и Pb, но обеднен Sr, Ва и TR, a Y, Mo, Sn, Hf, Th и U находятся примерно в одинаковых количествах.
Различная степень упорядочения щелочных катионов в структуре - важный типоморфный признак нефелина, отражающий температурные условия его формирования. В комплексе с геолого-петрологическими данными он позволяет воспроизвести картину становления конкретных массивов Решению этой задачи способствует изучение типоморфизма физических свойств нефелина, особенностей морфологии и размеров его зерен и агрегатов, а также включений и пор.
Практическое применение
Нефелин и нефелинсодержащие породы — ценное перспективное сырье для получения глинозема. Теоретические основы его использования разработаны в СССР в 30-х годах при освоении “хвостов” флотации апатит-нефелиновых руд Хибинских месторождений и нашли практическое применение в 50-х годах на алюминиевых комбинатах. Нефелиновые руды дешевле бокситовых. Кроме того, при извлечении алюминия попутно получаются не менее ценные побочные продукты: сода и поташ, а также бёмитовый шлам, используемый для производства нефелинового цемента, силикатных строительных изделий, в стекольной и керамической промышленности. Производство может быть полностью безотходным. Наиболее крупные из разрабатываемых в России - Хибинское апатит-нефелиновое месторождение на Кольском п-ове, Кия-Шалтырское и Горячегорское месторождения уртитов в Сибири. Технология переработки позволяет извлекать из нефелиновых руд галлий, рубидий и цезий. Дополнительные возможности переработки и утилизации отходов нефелинового сырья с получением ряда новых материалов, в частности взрывчатых веществ, коагулянтов, дубителей, пигментов, строительных материалов, рассмотрены в работе с учетом опыта использования хибинских апатит-нефелиновых руд.
Физические методы исследования
Старинные методы. Под паяльной трубкой нефелин сплавляется в пузыристое стекло.
Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)
Нефелин под микроскопом. Николи скрещены
В проходящем свете бесцветный. Одноосный (-), иногда аномально двуосный, 2V = 9, 13, 24°. no = 1,531-1,550, ne = 1,527-1,545, no - ne = 0,003-0,007 (Na); по Дана (Dana, 1997): no = 1,5.29-1,546, ne= 1,526-1,542, no — ne = 0,009-0,004. Показатели преломления зависят от состава и степени упорядочения структуры нефелина. Возрастают с увеличением содержания К (только до двух атомов на ячейку), Са и Аl (при вхождении в структуру анортитовой молекулы до 23% An ne= no при 60% An no = 1,600, ne = 1,593) и Fe (до no = 1,59), что подтверждает вхождение Fe в структуру минерала.
Величина дисперсии показателей преломления (в интервале длин волн 460-700 мкм) составляет в среднем 0,014 и не зависит от состава и генезиса нефелина.
Показатели преломления обнаруживают корреляционную связь с изменением химического состава нефелина в породах различной формационной принадлежности - от минимальных значений no = 1,540, ne = 1,536 для нефелина щелочно-гранитоидной до максимальных no = 1,546, ne = 1,539 для нефелина щелочно-ультраосновной формации.
Разупорядочение щелочных катионов в структуре обусловливает понижение показателей преломления и закономерное повышение двупреломления до максимального 0,009 в нефелине из лав.
Под микроскопом фенокристы нефелина из гипабиссальных магматических пород часто имеют концентрически-зональное строение, не свойственное нефелинам полнокристаллических магматических и метасоматических пород. Зональность, проявляющаяся в различиях двупреломления, подтвержденная мик- розондовым анализом, связана с изменением содержаний кремния и щелочей или с замещением алюминия железом (до 4,6% Fe2O3) в процессе роста кристаллов.
Для нефелинов любого генезиса характерно присутствие твердых, жидких и газообразных включений с преобладающим размером 3-4 мкм. Детально они изучены в щелочных породах Хибинского массива. Среди твердых включений преобладает эгирин (90%), расположенный в зернах нефелина незакономерно или четко по зонам роста. Предполагается, что он образовался в результате распада гомогенного твердого раствора нефелина с высоким содержанием железа.
