광물학 6: 화성암 및 규산염 광물 6.4: 규산염 광물 6.4.7: 휘석 파이록센 Pyroxenes

[백산]

광물학  6: 화성암 및 규산염 광물 6.4: 규산염 광물 6.4.7: 휘석  파이록센  Pyroxenes  

 
출처 덱스터 퍼킨스 노스다코타 대학교     소스: EK 이페어케이 플러스

6.4.7: Pyroxenes 파이록센

파이록센

(Ca,Na,Mg,Fe)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6

가장 중요한 최종 구성원

wollastonite  규회석                         Ca2Si2O6
 ferrosilite  페로실라이트                  Fe2Si2O6
enstatite 완화휘석 엔스타타이트     Mg2Si2O6
diopside 투휘석   디옵사이드            CaMgSi2O6
hedenbergite 헤덴베르그휘석          CaFeSi2O6

파이록센에는 많은 다른 원소가 포함되어 있지만 모든 파이록센은 파란색 상자에 표시된 일반적인 공식을 가지고 있습니다.

가장 일반적인 파이록센은 조성이 Ca(Mg,Fe)Si2O6 또는 (Mg,Fe)2Si2O6에 가깝습니다.

그래서 우리는 상자에 나열된 다섯 개의 최종 구성원으로 대부분의 파이록센의 화학을 설명할 수 있습니다. 울라스토나이트, 페로실라이트 및 엔스타타이트의 공식은 6개의 산소로 작성되었지만 3개로 작성할 수도 있습니다.

우리는 일반적으로 디옵사이드 및 헤덴버그라이트와 같은 다른 파이록센과 일치하는 공식을 유지하기 위해 6개를 사용하며 또한 Ca, Fe 및 Mg는 파이록센에서 분명히 다른 두 개의 원자 위치를 차지하기 때문입니다.

다른 파이록센 종을 구별하는 것은 어려울 수 있습니다. 화학 분석이 없는 경우 검은색 파이록센은 종종 오가이트(augite)라고 불립니다.

그림 6.73: 캘리포니아에서 온 제이드라이트 Figure 6.73: Jadeite from California

그림 6.74: 캘리포니아 샌디에고 인근에서 발생한 황색 스포두메네

Figure 6.74: Yellow spodumene from near Sand Diego, California

일부 파이록센은 소량에서 상당한 양의 Na와 Al을 포함합니다. Na는 Ca, Mg, Fe를 대체할 수 있습니다. Al은 Ca, Mg, Fe, 그리고 Si를 대체할 수도 있습니다.

최종 구성원인 파이록센인 제이드라이트는 NaAlSi2O6라는 화학식을 가지고 있습니다.

그것은 고압 변성암에서 발견되고 때때로 원석으로 소중하게 여겨지는 두 종류의 옥 중 하나입니다. (다른 하나는 양서류입니다).

아크마이트(NaFeSi2O6)와 같은 다른 Na 함유 파이록센은 일부 화성암에서 발견됩니다.

그림 6.73의 사진은 캘리포니아 중부의 거대한 녹색 제이드라이트 샘플을 보여줍니다. 그것은 폭이 약 5cm입니다.

Li, Cr 및 Ti 또한 때때로 파이록센에 있지만 일반적으로 작은 원소입니다.

그러나 스포두멘(LiAlSi2O6)은 일부 페그마타이트의 주요 광물입니다. 여기에서 볼 수 있는 사진(그림 6.74)은 약 2cm 높이의 노란색 스포두멘 결정을 보여줍니다.

제이드라이트와 마찬가지로 스포두멘, 특히 쿤자이트라고 불리는 라일락 색상의 품종은 귀중한 보석이 될 수 있습니다.

그림 6.75: 파이록센 4각형 Figure 6.75: The pyroxene quadrilateral

그림 6.75의 삼원형 다이어그램은 중요한 파이록센 말단 부재(엔스타이트, 페로실라이트, 디옵사이드, 헤덴베르가이트, 울라스토나이트)가 표시된 울라스토나이트-페로실라이트-엔스타이트 삼각형입니다.

광물 울라스토나이트는 파이록센 조성물을 설명하는 말단 부재로 사용되지만 파이록센이 아닙니다. 원자 배열이 약간 다르며 파이록세노이드 그룹에 속합니다. (파이록세노이드에서 사면체 사슬은 그림 6.70과 같이 규칙적으로 앞뒤로 지그재그로 움직이지 않습니다.)

장석과 마찬가지로, 우리는 파이록센 조성을 설명하기 위해 약어를 사용합니다.

예를 들어, Wo10Fs83En07 조성의 파이록센은 10% CaSiO3, 83% FeSiO3 및 7% MgSiO3입니다. 그것은 (Ca0.10Fe0.83Mg0.07)SiO3를 가지며, (Ca0.20Fe1.66Mg0.14)Si2O6와 동등합니다. 이 조성은 그림 6.75에서 삼각형의 페로실라이트 모서리 근처에 점으로 표시됩니다.

우리는 삼원형 도표의 말단 부재들 사이의 선들을 결합이라고 부릅니다. 위는 디옵사이드-헤덴베르가이트 결합으로, 아래는 엔스타타이트-페로실라이트 결합으로 경계를 이루는 네 변의 다면체는 파이록센 4각형입니다. 이것은 모든 천연 Ca-Mg-Fe 파이록센의 구성을 포함합니다.

천연 파이록센은 약간 다른 원자 배열과 다른 결정 모양으로 구별되는 두 개의 주요 계열로 나뉩니다: 오르토피록센 계열 (Opx)과 클리노피록센 계열 (Cpx). 주로 최종 구성원 인 페로실라이트와 엔스타타이트의 고체 용액인 오르토피록센은 일반식 (Mg,Fe)2Si2O6를 가지고 있습니다.

아래 왼쪽 사진(그림 6.76)은 오리건 주 크레이터 레이크 국립공원 근처의 화산암에 있는 녹색 엔스타타이트 결정 (오르토피록센)을 보여줍니다. 천연 오르토피록센은 종종 소량의 CaSiO3를 포함합니다. 따라서 그들의 구성은 4각형의 바닥에 표시되지 않고 약간 위에 표시됩니다.

그림 6.67: 오리건주 서밋 록에서 나온 2mm 길이의 엔테타이트 녹색 결정체

Figure 6.67: 2 mm long green crystals of enstatite from Summit Rock, Oregon

그림 6.77: Adirondack Mountains, New York에서 가져온 대리석에 흰색 석회석이 있는 Green diopside

Figure 6.77: Green diopside with white calcite in a marble from the Adirondack Mountains, New York

위의 오른쪽 사진(그림 6.77)은 변성된 석회암에서 녹색 디옵사이드 결정인 클리노피록센의 예를 보여줍니다. 대부분의 클리노피록센은 주로 디옵사이드와 헤덴베르가이트의 용액이며 일반식 Ca(Mg,Fe)Si2O6도 마찬가지입니다.

그러나 천연 파이록센은 CaSiO3가 다소 부족할 수 있습니다. 이것은 그들에게 디옵사이드-헤덴베르가이트 접합부에 플롯하지 않고 대신 파이록센 4각형 내에 플롯하는 구성을 제공합니다.

덜 일반적인 종류의 클리노피록센인 비둘기자리는 오르토피록센에 가까운 구성을 가지고 있습니다. Ca는 파이록센의 사면체 사슬 사이의 4개 부위 중 더 큰 2개 부위에만 제한되기 때문에 디옵사이드나 헤덴베르가이트보다 더 석회화된 구성을 가진 파이록센은 없습니다.

그림 6.78: 르완다 무하부라 화산의 블랙 오거이트 결정

Figure 6.78: Black augite crystals from Muhabura Volcano, Rwanda

우리는 그들의 구성에 따라 4각형 오거이트, 아칼슘 오거이트 또는 비둘기석 내에 플롯하는 구성을 가진 파이록센(pyroxene)이라고 부릅니다(그림 6.75 참조). 오거이트와 아칼슘 오거이트는 Ca: (Mg + Fe) 비율이 1보다 작은 클리노피록센입니다.

미네소타(Minnesota)의 피죤 포인트(Pione Point)에서 처음 발견된 비둘기석은 빠르게 냉각된 화산암에서만 형성되는 매우 높은 온도의 파이록센입니다. 그림 6.78은 큰 검은색 오거이트 결정의 예를 보여줍니다.

오르토피록센과 클리노피록센은 원자 배열이 약간 다르기 때문에 그들 사이에는 복잡한 용매가 있습니다. 고온에서는 4각형 안에 그림을 그리는 중간 조성의 파이록센이 안정적일 수 있습니다. 저온에서는 대부분의 파이록센 4각형이 큰 혼화성 갭에 의해 차지되므로 중간 조성의 파이록센은 불안정합니다.

그림 6.79: 800 ̊ C, 1 atm에서 pyroxene 4차측의 큰 혼화성 간극

Figure 6.79: The large miscibility gap in the pyroxene quadrilateral at 800 ̊C, 1 atm

그림 6.79는 800 ̊ C에서 간격(흰색)을 보여줍니다. 이 간격 때문에 중간 조성을 가진 균질한 파이록센은 일부 희귀한 고온 암석에서만 발견됩니다.

낮은 온도에서는 혼합되지 않는 경향이 있습니다. 장석과 유사하게 중간 조성의 균질한 고온 파이록센은 불안정해지고 낮은 온도에서 두 개의 파이록센으로 분리될 수 있습니다.

이것은 때때로 퍼스틱 장석과 유사한 용해 및 질감으로 이어집니다.

그림 6.80 : 옥신 입자의 용해도. 시야는 가로 2mm입니다

Figure 6.80: Microscope view of exsolution in a pyroxene grain. Field of view is 2mm across

석유 현미경 렌즈를 통해 찍은 그림 6.80의 사진은 파이록센의 용해를 보여줍니다. 색상은 광물의 실제 색상이 아니라 인공물입니다.

냉각 시 혼합되지 않은 원래의 파이록센 (아칼슘 아우그이트)은 용해 라멜라 (줄무늬)와 우리가 여기서 보는 질감을 생성합니다. 파란색과 빨간색의 라멜라는 클리노피록센이고 밝은 색의 라멜라는 오르토피록센입니다.

두 라멜라의 구성은 용해가 발생한 온도에 따라 달라집니다 (박스 6-4). 그래서 용해된 파이록센 (및 장석) 라멜라의 구성은 암석이 평형을 이루는 온도를 배우기 위해 측온계로 사용됩니다.

디옵사이드-엔스테이트 솔버스와 측온계

Diopside-Enstatite Solvus and Geothermometry

오르토피록센(Opx)과 클리노피록센(Cpx) 사이의 혼화성 간격은 화성암 또는 변성암이 형성된 온도를 계산하는 데 사용되기도 합니다. 석유학자들은 이러한 광물계를 지온계(geothermometer)라고 부릅니다.

지온계는 고온에서는 고체 광물이 중간 조성을 가질 수 있지만 저온에서는 많은 고체 용액이 혼합되지 않아 조성이 최종 구성원에 상대적으로 가깝습니다. 그림 6.80(위)은 혼합되지 않은 단일 파이록센 입자가 두 개의 파이록센이 된 예를 보여줍니다.

그림 6.81: Mg-Ca pyroxene의 혼화성 갭과 용매

Figure 6.81: The miscibility gap and solvus for Mg-Ca pyroxenes

그림 6.81은 enstate와 diopside 사이의 Opx-Cpx 갭을 보여주는 모식도입니다. 갭은 고온에서 좁아지고 마그마가 결정화되고 pyroxene이 처음 형성되는 매우 높은 온도까지 확장되지 않습니다.

결과적으로 어떤 조성의 pyroxene도 마그마로부터 결정화될 수 있습니다. 그러나 냉각과 함께 많은 pyroxene이 혼합되지 않고 원래의 pyroxene보다 최종 구성원 enstate와 diopside에 더 가까운 조성을 생성합니다.

조성 X의 파이록센은 T0 이상의 온도에서 안정적이지만, 더 낮은 온도에서 결정화되거나 평형화되면 혼합을 해제하여 두 개의 파이록센을 형성합니다.

따라서 온도가 과용질에서 아용질로 감소함에 따라(T0에서) 혼합을 해제하면 동일한 암석에서 별도의 Opx와 Cpx 알갱이가 생성되거나, 기포를 포함하는 단일 알갱이 또는 다른 조성의 용액 라멜라가 생성될 수 있습니다.

온도가 T0에서 T1에서 T2로 감소함에 따라 공존하는 파이록센은 최종 구성원 enstate 및 diopside에 더 가까워질 것입니다. 공존하는 Opx와 Cpx의 조성을 분석함으로써 석유학자는 평형화 온도를 추정할 수 있습니다.

지온계로 사용될 수 있는 광물은 파이록센뿐만이 아닙니다. 장석, 탄산염 등도 같은 목적으로 사용될 수 있습니다. 그러나 지온계가 항상 단순하거나 간단한 것은 아닙니다. 온도 외에도 많은 것들이 공존하는 광물들의 구성에 영향을 미칩니다. 그 중에서도, 석유학자들은 압력, 광물의 작은 원소들, 그리고 불균형의 영향에 관심을 가져야 합니다.