正長石及び微斜長石マイクロパーサイトの加熱均一化によるSolvusの決定

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正 長 石 及 び 微 斜 長 石 マ イ ク ロパ ー サ イ

トの 加 熱 均 一 化 に よ るsolvusの

決 定

中   野    聰    志

Experimental  determination  of  the  solvus  for  the

orthoclase-and  microcline-microperthite  by 

homog-enizing  natural  specimens

Satoshi  NAKANO

ABSTRACT

  The  writer  determinend  the  solvus  for  the  microcline-and  orthoclase-microperthite  by homogenizing  natural  specimens  and  determining  the  chemical  compositions  of  K-and  Na-phase  directly  with  X-ray  microprobe  analyser.  In  addition,  the  writer  tried  to determine  the  solvus  by  us㎏X-ray  Weissenberg  meth(x1,  but  faile(3.  This  reason  was considered.

  The  solvus  determined  in this  study  is most  similar  to the  Margules  solvi  of  Spencer O,N,。 。d  M, esp・ci・lly  th…1・ …fSp・ncer  O,  d・termined  by  L・ 止(1974)・

      試 料(Orville  1963,1967,  Luth&Tuttle  1966, は   じ  め   に

  アル カ リ長 石 のsolves(固

相 線)を 決 定 して

い くこ とが,ア

ル カ リ長 石 を 含 む 色 々 な 岩 石 の

熱 的 歴 史 を説 明 す るた め に必 要 と され て い る。

この 意 味 で,多

くの 研 究 者 が 古 くか ら色 々 な方

法 を 使 って さ ま ざ ま なsolvusを 提 出 して きた 。

こ の結 果 か な りの こ と が判 明 して きた が,未

だ

そ れ らが 統 一 的 に 整 理 さ れ る ま で に至 って い な

いo

  従 来 の 実 験 法 を,次 の 二 点 か ら整 理 し て 考 え る こ と が 出 来 る 。 即 ち,一 つ は 実 験 に 供 さ れ た 試 料 に 関 し て,他 の 一 つ はK相 とNa相 の 組 成 を 決 定 す る 方 法 に 関 し て で あ る 。   試 料 に つ い て は,一 方 で は 天 然 試 料 を 加 熱 均 一 化 した 実 験 が あ る(Laves  _{1952 ,  Tuttle&} Bowen  1958,  Smith&Mackenzie  1961, etc.)。   他 方 で は,合 成 試 料 がsolvesの 決 定 に 用 い ら れ て き た(Bowen&Tuttle  1950,  Yoder  1957, etc.)。 最 近 さ か ん に 行 わ れ て い る ア ル カ リ イ オ ン交 換 法 に よ る 実 験 に お い て も,出 発 物 質 と し て 天 然 試 料(Bachinski&MUIIer  1971)と 合 成 Goldsmith&Newt。n  1974)の 両 方 が 用 い ら れ て い る 。   組 成 を 決 定 す る 方 法 に 関 し て は,従 来 は,直 接 化 学 組 成 を 求 め る こ と が 難 し か っ た の で,間 接 的 な 組 成 推 定 法 が 用 い られ て き た 。 そ れ は, 格 子 定 数 あ る い は 格 子 体 積 と 化 学 組 成 と の 対 応 関 係 を 利 用 す る も の で あ る 。 これ ら の う ち,格 子 体 積 一 組 成 の 関 係 を 使 う場 合 は,一 応 信 頼 出 来 る も の と さ れ て い る 。 な お,格 子 定 数 は,粉 末X線 法 と 単 結 晶X線 法 と の 二 つ の 方 法 に よ っ て 求 め られ る 。 単 結 晶 法 の 場 合 に は,Smith& Mackenzie(1958)は 振 動 法 を 使 い,  Tatekawa et al(1974)は ワ イ ゼ ン ベ ル グ 法 を 使 って い る 。   これ ま で,以 上 の 方 法 が 組 み 合 わ さ れ て,さ ま ざ ま なsolvusが 提 出 さ れ て き た(Barth  1962, Luth  1974)。 最 近 で は, X線 マ イ ク ロ プ ロ ヴ ェ ア ナ ラ イ ザ ー(以 下,EPMAと す る)さ ら に は 電 子 顕 微 鏡 法 に よ っ て 直 接 化 学 組 成 を 求 め る こ と が 試 み ら れ て い る 。 今 回,筆 者 は,天 然 の パ ー サ イ トの 加 熱 均 一 化 を 行 い,EPMAに よ っ て 直 接 組 成 を 求 め る こ と に よ っ て,又X線 ワ イ ゼ

ンベ ル グ法 で 従 来 通 り間 接 的 に 組 成 を 求 め る こ

に よ り,ア ル カ リ長 石 のsolvusの 作 製 を試 み た

の で そ の 結 果 を 報 告 す る。

実  躾

方  法

  実 験 に用 い た 試 料 及 び 加 熱 法 に つ い て は,同

じ実 験 を イ オ ンの移 動 の 面 か ら論 じた 時 に(中

野1975)述

べ た の で,こ

こ で は 簡 単 に 留 め る。

試 料 は,大

津 市 南 郷 産 の 正 長 石 マ イ ク ロパ ー サ

イ ト(以 下,南 郷 パ ー サ イ トとす る)と 福 島 県

石 川 産 の 微 斜 長 石 マ イ ク ロパ ー サ イ ト(以 下,

石 川 パ ー サ イ トとす る)で あ り,第1表

に若 干

の 性 質 を 示 した 。 加 熱 は,常 圧 下,電

気 炉 で 行

い,加

熱 後 水 銀 中 で急 冷 した 。250時 間 加 熱 は,

そ れ ぞ れ10時 間,65時

間,175時

間 加 熱 急 冷 を

繰 り返 した も の で あ る。 な お,今

回 扱 っ た試 料

は,全

て250時 間 加 熱 の も の で あ る。

       

第1表  パーサ イ トの性質

ラ メ ラ の 形 態

組   成

産  状

南郷

vein状 Or74  Ab勿An4 花 崗 岩質 ペ_{グマ タイ ト}

石 川 patch状 Or㎎Ab、8  An4

同   上

実  験  結  果

A.EPMAに よ るsolvusの 決 定   標 準 試 料 と し て,滋 賀 県 花 園 産 の 月 長 石 (Or63Ab35An2)と カ ナ ダ ・ ラ ブ ラ ド ー ル 産 の ラ ブ ラ ド ラ イ ト(Or2Ab46An52)を 用 い た 。 使 用 したEPMAは,島 津 製 作 所EMX-SMで あ る 。 実 験 条 件 は,加 速 電 圧25KV,試 料 電 流0.02μA, ビ ー ム 径 約6μ,時 定 数1秒 及 び2秒 で あ る 。 Na相 に つ い て は, Tainosho&Banno(1974) の 場 合 と 同 様 に,濃 度 変 化 が 激 し い こ か ら 定 量 し な か った 。 しか し,両 パ ー サ イ ト 共,天 然 試 料 及 び550℃ 加 熱 試 料 に お い て は, Na相 は ほ ぼ 純 粋 な ア ル バ イ ト相 で あ る こ と が 判 明 した 。 以 上 の う ち,K相 に つ い て の 定 量 結 果 が,第2表 にOr成 分 の モ ル%で 示 し て あ る 。 注 意 す べ き こ とは,実 験 試 料 は 顕 著 に 部 分 的 な 濃 度 変 化 を 示 した こ と で あ る 。 従 っ て,第2表 の 値 は あ る 幅 を 持 っ た も の の 平 均 値 で あ り,大 体 そ の 幅 はOr±3モ ル%程 度 で あ る 。   250時 間 加 熱 に よ っ て,850℃ 以 上 は,南 郷, 石 川 パ ー サ イ ト共,一 応 一 相 で あ る と 考 え ら れ る 。   以 上 の 結 果 を も と に,南 郷,石 川 両 パ ー サ イ トに つ い て,solvusを 作 製 し た 。 そ れ が,第1 図 で あ る。南 郷,石 川 両 パ ーサ イ トのsolvesは, 殆 ん ど重 な っ て し ま う の で,一 本 のsolvusと し て 作 図 し た 。 こ の 図 で の 点 線 部 分 は,推 定 の 部 分 で あ る 。 第2表   パ ー サ イ トのK相 の 組 成(Orモ ル%)

南   郷

石   川

natural 87 90 550℃ 84 84 700℃ 83 84 850℃ 74 79 1000℃ 一 ₇₉

℃

㎜

鋤

鵬

卿

㎝

鵬

蜘

1

 、

 

＼

＼

一

・

射

11

0 100    80    60     40     20       07髄 脳

0

第1図 黙

齢

噺1}・

_{対す・・のであ・・}

      く×レは湿式分析に よる試料全体の組成

      口 頭 は一 相であ ることを示す。

B.X線

ワイ ゼ ンベル グ法 に よるsolvesの 検 討

  天 然 試 料 及 び 各 加 熱 試 料 に つ い て,X線

ワイ

ゼ ンベ ル グ写 真 を,b軸

及 びc軸 を 回 転 軸 と して

撮 影 し,格 子 定 数 を 算 出 した 。 南 郷 ・石川 パ ー

サ イ トの各試 料 共,か な りdiffuseある い はsplitし

た 回 折 斑 点 を 示 した が,各

回折 斑 点 の 中心 を 測

66

_{滋 大 紀 要}

_{第    25  号} 1975

試料

温    度

相

 a(A)o   o b(A)   o c(A) α β γ V   Or (モ ル%) EPMA値 との 差 K 8.54 12.92 7.20 90001' 115,55' 89。55' 716 76 11 na加ral Na 8.12 12.73 〃 93055' 117'04' 87。56' 661 0 K 8.53 12.92 7.22 90。07' 115●58' 89,53' 716 76 8 550℃ 8.12 12.71 〃 93,57' 116●53' 88●31' 668 4

南

郷

マ イ ク ロ ノく 1 サ イ ト K 8.53 12.90 7.20 goo  22' 116。18' 89,56' 712 70 13 700℃ Na 8.23 12.79 〃 _93●56' 118002' 88●31 667 3 850℃ 8.49 12.97 7.23 90●29' ll6●lr 89●27 713 71 3       *700℃ K 8.51 12.92 7.21 90,39' ll6'13' 89,39' 713 71 Na 8.10 12.73 〃 _92059F 117。30' 88,05' 666 2       *8500C 8.51 12.96 7.22 90●03' 116,33' 90●03' 713 71 K 8.55 12.96 7.22 90●41' ll5058' 87●21' 718 88 2 na加ral Na 8.10 12.72 〃 94,07' 117。06' 87,52' 660 0     ** 400℃ K 8.52 12.96 7.23 90051, 116'OO' 88'19鰐 717 84 Na 8.18 12.72 〃 93058' 117●39' 88052' 665 3 石 川 マ イ ク

艮

1 サ イ ト 500℃ K 8.50 12.96 7.20 90。27' 115'41' 88014' 715 80 4 Na 8.14 12.78 〃 95024 ll7006' 86。33' 664 3 700℃ K 8.48 12.94 7.22 90,07' ll5046' 88'50' 714 78 1 Na 8.14 12.71 〃 93028' 116。41' 88035' 664 3 850℃ 8.48 12.95 7.22 90'30' 116'Ol' 88'04' 713 74 5 第3表   X線 ワイゼ ンベ ル グ法 に よる格 子定 数 及 び 組成 の加 熱 変 化       誤 差 につ い て は 天然 試 料 の ものが 中 野(1975)に 示 して あ る。

      葉。101舗

綴 濫)・

・は・・

ずれも25・

時間・熱

。C 1000 900 800 700 600 500 400

††

i:

!

  ロ

Pl。

`d

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h

ρ       、       、

＼

0 0 100    80    70    40    20     0

      0r mol%

第2図 鱗

響

二:=謝}・

対す・ものであ・

    〈〉一{レは湿 式分 析 に よる試 料 全 体 の組 成       σ 口 は 一 相 で あ る こ とを 示す 。 定 点 と して 測 定 を 行 った 。Na相 のcパ ラ メ ー タ ー に つ い て は_{,K相 と 同 じ と し て 計 算 し た 。 こ} の 結 果 が,第3表 に 示 し て あ る 。 こ の 表 中 の Orモ ル%は,南 郷 パ ー サ イ トに つ い て はWright &Stewart(1968)が 求 め た 正 長 石 系 列 の,石 川 パ ー サ イ トに つ い て は,Orville(1967)が 求 め た 微 斜 長 石 系 列 の 格 子 体 積 一 組 成 の 関 係 を 利 用 して 求 め た も の で あ る。 右 端 の 欄 に は,EPMA で 求 め た 値 か ら こ の 値 を 引 い た 差 を 示 し た が, か な りの 差 が 認 め ら れ た 。 しか も,こ の 方 法 で は,南 郷 ・石 川 パ ー サ イ ト共,未 だ パ ー サ イ ト が 均 一 化 し て い な い700℃ 加 熱 の 段 階 で,K相 が 既 に パ ー サ イ ト全 体 の 組 成(湿 式 法 とEPMA 法 と に よ っ て 一 致 した 値 一 第1図)に な っ て し ま っ た た め,solvusは 作 り得 な か っ た 。 第2図 は,第3表 の 値 を 図 示 し た も の で あ る が,図 中

のsolvusは,第1図 のEPMAKよ っ て 求 め た    1000 solvusで あ る 。

考 察 と ま と め

A.   第1図 に 示 し た 南 郷 ・石 川 パ ー サ イ トに 共 通 し たsolvusよ り,次 の こ と が 明 ら か に な っ た 。 a.solvus曲 線 の 形 は 左 右 非 対 称 で あ り,し か も,Ab側 の 翼 は 端 ま で 広 が っ て い る 。 こ の 点 は 従 来 のsolvusと 同 様 で あ る 。 b.solvesの 頂 点 の位 置 は 決 定 で き な か った が, ほ ぼ900℃ 付 近 と 推 定 で き る。 c.M益11er(1971)は,試 料 のSi-A1のordering の 度 合 に よ りsolvesが 異 な り, orderi㎎ の 高 い も の ほ ど 頂 点 が 高 く 両 翼 の 広 が っ たsolvusを 持 つ と した 。 し か し,こ の 結 果 か ら,南 郷 と 石 川 パ ー サ イ トの 間 に つ い て は そ れ は 認 め られ な い 。 d.今 回 のsolvesは,  Tuttle&Bowen(1958)

がSpe  mer  O, N, M(crypto∼microperthite)の 試 料 を 使 い,加 熱 均 一 化 法 と 粉 末 法 に よ っ て 求 め た 実 験 デ ー タ か ら,Luth(1974)が 決 定 し たMargules  solvus特 にSpencer  Oの そ れ と 良 く 類 似 して い る(第3図)。   Bachinski&MUIIer(1971)が 決 定 し た 微 斜 長 石 一 低 温 曹 長 石 系 のsolves(第4図)と 比 較 す る と,彼 等 のsolvesは 南 郷 ・石 川 パ ー サ イ ト のsolvesの 内 側 に 位 置 し,特 にOr側 に お い て 違 い が 顕 著 で あ る 。   こ れ か ら 考 え る と,組 成 の 決 定 法(B.で 論 ず る 様 に 問 題 は あ る が)よ り も,実 験 試 料 の選 択, 加 熱 法 の 選 択 が,作 製 さ れ たsolvusの 形 を 大 き く 支 配 す る と 推 察 出 来 る 。 B.EPMA法 とX線 ワ イ ゼ ンベ ル グ法 に よ る 結   果 の 違 い   EPMA法 とX線 ワイ ゼ ン ベ ル グ 法 に よ る 組 成 の ズ レ,特 にX線 法 に よ っ てsolvusが 作 製 出 来 な か っ た 原 因 と して,次 の こ と を 考 え 得 る 。 a.南 郷 ・石 川 両 パ ー 岳 イ ト共,既 に 述 べ た 様 に,そ の 回 折 斑 点 にdiffusenessやsplitnessが 見 ら れsharpな 回 折 斑 点 で な い た め,測 定 誤 差 が 大 き い 。 一 般 的 に 考 え る と,南 郷 パ ー サ イ トの K相 の α角 ・γ角 は 加 熱.し て もgooで あ る は ず だ が,多 少 ず れ て い る の は,こ の た め と も 考 え ら れ 900 800 700 600 500 ●C ( 8 ヒ ミ E ミ E 0  〔il  Q2   Q3   04   0.5  46   0.7  08   Q9   1.0     第3図   Luth(1974)よ り一 部 引 用       0,N, M, J,Pは そ れ ぞ れSpencer       O,N,M,J,Pの 試 料 名 で あ る 。       な お,横 軸 はOr成 分 の モ ル 分       率 で あ る 。 ル〃CR㏄ 乙INE一五OW 4乙θノ躍  50乙 レσS     `a4C胡 〃5附8Mσ 乙乙ER.1977)       '   ,'" "  ＼ 加 卿 ㎝ 伽"on-unmixing  me'加d

㎜

伽

600

卿

200 Or δ0 60      40 Mol% 20 第4図Bachinski&MUller(1971)の       第3図 及 び 第4図 よ り引 用 Ab

る。 この 場 合 に限 らず,パ

ーサ イ トの各 相 の 格

子 定 数 を 測 定 す る の は,X線

単 結 晶法 が 唯 一 の

方 法 で は あ る が,そ の 反 射 が 微 細 構 造 を 反 映 す

る た め,そ

の結 果 の 扱 いには 検 討 の余地 があ る。

68

_{滋 大 紀 要}

第

25

号

1975

b..Orville(1967), 

Wright&Stewart(1968)

に よ る格 子 体 積 一 組 成 の関 係 図 は,粉

末 試 料 を

使 った ア ル カ リイ オ ン交 換 法 に よ って 求 め られ

て い る。 従 っ て,今 回 の デ ー タ が うま くこれ ら

に 適 合 す るか ど うか 問 題 が あ る。

  以 上 の 互 い に 関 連 したaとbの

問 題 は,今

後

に 残 され た 課 題 で あ る。

  お わ りに,本

研 究 に 際 し,終 始 御 指 導 御 討論

い た だ い た 本 学 立 川 正 久教 授 に心 か ら御 礼 を 申

し上 げ る。 ま た,EPMAの

使 用 に 際 し,便 宜 を

は か って いた だ き御 指 導 い た だ い た 京 都 工 芸 繊

維 大学 吉 田直 次 郎 博 士,EPMA使

用 の 御手 伝 い

を して い た だ い た 八 戸 啓 氏 及 び 試 料 作 製 に 御 協

力 い た だ い た 本 学 八 里 正 三 氏 に 深 く'感

謝 し御 礼

を 申 し上 げ る。

参 考 文 献

(1)Bachinski,  S.W.  and  MOIIer,  G.;Experimental   determinations  of  the  microcline_low  albite  solves,   Jour.  Geol.,12,329(1971)

(2)Barth,  T.F。W.;Feldspar  solid  solution,  Chem.   Erde,22,31(1962)

(3)  Goldsmith,J.R.  and  R.C.Newton;An  experimental   determination  of  the  alkali  feldspar  solvus,  The   feldspars  (1974)

(4)Luth,  W.C.;Analysis  of  experimental  data  on   alkali  feldspars,  The  feldspars(1974)

(5)Luth,W.C.&O.F.Tuttle;The  alkali  feldspar   solvus  in the  system  NazO-K20-Al203-SiO2-H20,   Amer.  Mineral.,51,1359(1966)

(6)Willer,G.;Der  einfluss  der  Al,  Si-verteilung

  auf die  mischungslucke  der  alkalifeldspate,  Contr.   Min.  Petrol.,34,73(1971)

(7)  Nakano,  S.;Diffusion  of  K,  Na  and  Ca  ions  in   microperthite  on  heating,  Mineral.  Jour.12,   No.3,165(1975)(in  Japanese)

(8)  Orville,P.M.;Alkali  ion exchange  between  vapor   and  feldspar  phases,  Amer。  Jour.  Sci.,261,201     (1963)      ヤ

(9)  Orville,  P.M.;Unit-cell  parameters  of  the   microcline-low  albite  and  sanidine-high  albite   solid  solution  series,  Amer.  Mineral.,52,55(1967)

40  Smith,  J.V.&  W.S.  Mackenzie43;Alkali    feldspars:W,  Amer.  Mineral.,43,872(1958)

⑪   Smith,  J.V.&W.S.Mackenzie:Atomic,  chemical   and  physical  factors  that  control  the  stability   of  allkali  feldspars.,  Internat.  Min.  Assoc.1960,   Inst."Lucas  Mallada"V皿,  Madrid,39(1961)

⑫    Tainosho,  Y.&  S.Banno;Diffusion  concentration   gradient  in  an  orthoclase  from  a  granodiorite   of  the  Ibaragi  granitic  complex,  Jour.  Geol.  Soc.   Japan,80,  115  (1974)

⑬   Tatekawa,  M.  and  Nakano,  S,;On  the  solvus  of the  orthoclase  cryptoperthite  havi㎎s()di㎜phase   twinnend  according  to  albite  law,  Memoirs  Geol.   Soc.  Japan,  No.11,123  (1974)

⑯   Tuttle,0.F&N.L.Bowen;Origin  of granite  in   the  light  of  experimental  studies  in the  system   NaAlSi308-KAISi308-H20.,  Geor.  Soc. Amer.  Mem.,   74,  153  (1958)

⑮   Wright,T.L.&D.B.Stewart;X-ray  and  optical   study  of  alkali  feldspar:1,  Amer.  Mineral.,53,   38  (1968)