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ペグマタイトは、非常に粗い組織を示す火成岩であり、通常1cm （0.4インチ）以上、時には1メートル（3フィート）を超える大きな結晶が互いに絡み合っている。ほとんどのペグマタイトは石英、長石、雲母から構成され、花崗岩と同様の珪質組成を持つ。しかし、まれに中間組成や苦鉄質のペグマタイトも知られている。
世界最大の結晶の多くはペグマタイトの中に存在します。これらには、微斜長石、石英、雲母、スポジュメン、ベリル、トルマリンの結晶が含まれます。個々の結晶の中には、長さが10メートル（33フィート）を超えるものもあります。[ 1 ]
ほとんどのペグマタイトは、大規模な結晶化マグマ体の最後の流体部分から形成されると考えられています。この残留流体は揮発性物質と微量元素が非常に豊富で、粘度が非常に低いため、成分が新しい結晶を形成するのではなく、既存の結晶に急速に移動して結合します。これにより、ごく少数の非常に大きな結晶が形成されます。ほとんどのペグマタイトは通常の火成岩によく見られる鉱物の単純な組成を持っていますが、一部のペグマタイトは、希少元素の珍しい鉱物を多数含む複雑な組成を持っています。これらの複雑なペグマタイトは、リチウム、ベリリウム、ホウ素、フッ素、スズ、タンタル、ニオブ、希土類元素、ウラン、その他の貴重な資源の採掘に利用されています。
ペグマタイトという言葉は、ホメロス時代のギリシャ語のπήγνυμι ( pēgnymi )に由来し、「結びつける」という意味で、グラフィック花崗岩として知られる組織における石英と長石の結晶の絡み合いを指しています。[ 2 ]この用語は、1822年にルネ・ジュスト・アユイによってグラフィック花崗岩の同義語として初めて使用されました。ヴィルヘルム・カール・リッター・フォン・ハイディンガーは、1845年にこの用語を現在の意味で初めて使用しました。[ 3 ]
ペグマタイトは、結晶が絡み合ってできた非常に粗粒な火成岩です[ 3 ]。個々の結晶は通常1センチメートル（0.4インチ）以上の大きさで、時には1メートル（3フィート）を超えることもあります[ 4 ]。ほとんどのペグマタイトは花崗岩に似た組成を持ち、最も一般的な鉱物は石英、長石、雲母です[ 4 ] [ 5 ]。しかし、ネフェリン閃長岩[ 5 ]や斑れい岩[ 4 ]に似た組成など、他のペグマタイトの組成も知られています。したがって、ペグマタイトという用語は純粋に組織的な記述です。[ 6 ] [ 7 ]地質学者は通常、組成の説明を接頭辞としてこの用語を使用するため、花崗岩質ペグマタイトは花崗岩の組成を持つペグマタイトであり、ネフェリン閃長岩ペグマタイトはネフェリン閃長岩の組成を持つペグマタイトである。[ 6 ]しかし、英国地質調査所(BGS) はこの使用法を推奨しておらず、長石が主成分で石英と黒雲母が少量含まれる典型的な花崗岩質の組成を持つペグマタイトには、黒雲母-石英-長石ペグマタイトなどの用語を好んで使用している。BGS の用語では、ペグマタイト岩(例えば、ペグマタイト斑れい岩) は、ほぼ同じ組成の、はるかに粗粒の岩石のパッチを含む粗粒岩石である。[ 7 ]
ペグマタイト中の個々の結晶は巨大なサイズになることがあります。これまでに見つかった最大の結晶は、おそらくカレリアのペグマタイト中の長石結晶で、質量は数千トンに及ぶものでしょう。数千ポンドの質量を持つ石英結晶[ 5 ]や、幅10メートル（33フィート）以上、厚さ4メートル（13フィート）の雲母が見つかっています[ 8 ] 。サウスダコタ州のブラックヒルズでは長さ12メートル（40フィート）を超えるスポジュメン結晶が、メイン州オールバニーでは長さ8.2メートル（27フィート） 、直径1.8メートル（6フィート）のベリル結晶が見つかっています。[ 5 ]これまでに発見された最大のベリル結晶はマダガスカルのマラキアリーナ産で、重さは約380トン、長さは18メートル（59フィート）、断面は3.5メートル（11フィート）でした。[ 9 ]
ペグマタイト岩体は、典型的な貫入岩体に比べて小さいのが一般的です。ペグマタイト岩体の大きさは、1メートルから数百メートル程度です。典型的な火成岩に比べて不均質で、異なる鉱物組成のゾーンが見られることがあります。結晶の大きさや鉱物組成は、通常、母岩に平行に、あるいはペグマタイトレンズの場合は同心円状に配向しています。[ 10 ]
現代のペグマタイト分類体系は、Buddington (1959) が発表した花崗岩の深度帯分類、および Ginsburg & Rodionov (1960) と Ginsburg et al. (1979) による、ペグマタイトを貫入深度と変成作用および花崗岩質深成岩との関係に基づいて分類した分類に強く影響を受けている。Cerny (1991) によるその分類体系の改訂版は広く使用されており、貫入深度、変成度、微量元素含有量の組み合わせである Cerny (1991) のペグマタイト分類は、ペグマタイト溶融物の起源とそれらの相対的な分化度について重要な洞察を与えている。[ 11 ]
花崗岩質ペグマタイトは、Cerny (1991) によると、鉱物学的・地球化学的特徴と貫入深度に応じて、一般的に 3 つの階層 (クラス – ファミリー – タイプ – サブタイプ) に分類されます。クラスは、深海性、白雲母、希少元素、およびミャロライトです。希少元素クラスは、組成に基づいて LCT ファミリーと NYF ファミリーに細分化されます。LCT はリチウム、セシウム、タンタルが濃集しているもの、NYF はニオブ、イットリウム、フッ素が濃集しているものです。ほとんどの著者は、LCT タイプと NYF タイプおよびサブタイプに従ってペグマタイトを分類しています。分類のもう 1 つの重要な貢献は、分類の岩石成因的要素であり、LCT ペグマタイトは主に造山性深成岩体と関連があり、NYF ペグマタイトは主に非造山性深成岩体と関連があることを示しています。[ 12 ]
鉱物学への依存度を下げ、地質学的環境をより反映したペグマタイトの新しい分類を作成しようとする試みがいくつか行われてきた。その一つが、ペグマタイトが結晶化するマグマの起源に主に焦点を当てたワイズ（2022）のペグマタイト分類である。[ 13 ]
ペグマタイトは、新しい結晶核生成の速度が結晶成長の速度よりもはるかに遅い条件下で形成されます。大きな結晶が好まれます。通常の火成岩では、粗い組織は地下深くでのゆっくりとした冷却の結果です。[ 14 ]ペグマタイトがゆっくりとした冷却によって形成されるのか、急速な冷却によって形成されるのかは明らかではありません。[ 15 ]いくつかの研究では、ペグマタイト条件下の結晶は、1 日あたり 1 m から 10 m の速度で成長することが記録されています。[ 16 ] ペグマタイトは、マグマ体の最後に結晶化する部分です。この最後の流体部分は、揮発性元素と微量元素に富んでいます。[ 17 ] [ 3 ]残りのマグマは、溶融相とシリカ、アルカリ、その他の元素で飽和した含水流体相に相分離します。 [ 8 ] [ 18 ]このような相分離には、マグマの3分の2以上が結晶化する前に飽和するほど水が豊富な湿ったマグマからの形成が必要です。そうでなければ、流体相の分離を説明するのは困難です。花崗岩は、0.5 GPa (72,500 psi )の圧力で4 wt%の含水率が必要ですが、0.1 GPa (14,500 psi)では 1.5 wt% で相分離が起こります。[ 14 ]
揮発性物質（主に水、ホウ酸塩、フッ化物、塩化物、リン酸塩）は含水相に濃縮され、その粘度を大幅に低下させる。[ 5 ]含水相中のシリカは完全に解重合され、ほぼ完全にオルトケイ酸塩として存在し、ケイ素イオン間のすべての酸素架橋が切断されている。[ 19 ]低粘度により流体中の拡散が促進され、大きな結晶の成長が可能になる。[ 5 ]
この含水流体が周囲の母岩に注入されると、鉱物が外側から内側に向かって結晶化し、同心円状のゾーンごとに異なる鉱物が優勢な帯状ペグマタイトが形成されます。[ 5 ] [ 19 ]典型的な堆積シーケンスは、微斜長石と石英、少量のショールとガーネットから始まり、続いてアルバイト、レピドライト、宝石トルマリン、ベリル、スポジュメン、アンブリゴナイト、トパーズ、アパタイト、蛍石が堆積し、これらは前のゾーンの鉱物の一部を部分的に置き換える可能性があります。[ 5 ]ペグマタイトの中心部には、見事な宝石の結晶で覆われた空洞がある場合があります。[ 20 ]
ペグマタイトの中には、より複雑なゾーニングを持つものもあります。米国ニューメキシコ州北部のピキュリス山脈にあるハーディングペグマタイトでは、5つの異なるゾーンが認識されています。これらは次のとおりです。[ 21 ]
ペグマタイトの縁辺部には大きな結晶が核生成し、内側に向かって成長するにつれて大きくなります。これには、非常に大きな円錐形のアルカリ長石結晶が含まれます。アプライトはよく見られます。これらはペグマタイトを横切ることもありますが、より粗い物質の周囲にゾーンや不規則なパッチを形成することもあります。アプライトはしばしば層状になっており、変形の痕跡が見られます。[ 19 ]ペグマタイト本体にはゼノリスが見られることがありますが、元の鉱物成分は石英とアルカリ長石に置き換わっているため、周囲のペグマタイトと区別するのは困難です。ペグマタイトは周囲の母岩の一部を置き換えることもよくあります。[ 19 ]
ペグマタイトは溶融相ではなく流体優勢相から結晶化する可能性が高いため、熱水鉱床と火成岩貫入岩の境界にまたがっています。[ 7 ]ペグマタイトの形成の基本的なメカニズムについては広く合意が得られていますが、ペグマタイト形成の詳細は依然として謎に包まれています。[ 2 ]ペグマタイトは他の火成岩貫入岩とは矛盾する特徴を持っています。斑状ではなく、急冷縁も見られません。それどころか、最大の結晶はペグマタイト体の縁によく見られます。アプライトは縁に見られることもありますが、ペグマタイト体内部にも存在する可能性が高いです。結晶は流れを示すような配列ではなく、壁に対して垂直です。これは静的な環境での形成を示唆しています。一部のペグマタイトは、明らかな供給管のない孤立したポッドの形をとります。[ 22 ]その結果、ペグマタイトの起源として変成作用または交代作用が示唆されることがある。変成ペグマタイトは、変成岩、特に珪長質片麻岩から揮発性物質が除去され、適切な構成成分と水が適切な温度で放出されることで形成される。交代作用ペグマタイトは、岩塊上で高温の変質流体が熱水循環し、全体的な化学的および組織的変化が生じることで形成される。現在、交代作用はペグマタイト形成のメカニズムとして支持されておらず、変成作用とマグマ作用の両方がペグマタイト生成に必要な条件に寄与している可能性が高い。[ 2 ]
ほとんどのペグマタイトは単純な組成を持ち、長石、雲母、石英など花崗岩によく見られる鉱物だけで構成されていることが多い。[ 3 ]長石と石英はしばしばグラフィックテクスチャを示す。[ 5 ]まれに、ペグマタイトはリチウム、セシウム、ベリリウム、スズ、ニオブ、ジルコニウム、ウラン、トリウム、ホウ素、リン、フッ素などの不適合元素が極めて濃集している。これらの複雑なペグマタイトには、ベリル、スポジュメン、 [ 8 ]レピドライト、アンブリゴナイト、トパーズ、アパタイト、蛍石、トルマリン、トリフィライト、コロンバイト、モナザイト、モリブデナイトなどのこれらの元素の珍しい鉱物が含まれている。これらのいくつかは重要な鉱石鉱物になり得る。 [ 5 ]エメラルドなどの宝石は、ほぼ例外なくペグマタイトで発見される。[ 8 ]
ペグマタイトは揮発性元素と不適合元素に富んでおり、マグマの結晶化体の最終溶融分画として形成された可能性が高い。[ 5 ]しかし、構成鉱物結晶のサイズが大きいため、ペグマタイトの代表的な組成を得ることは困難である。そのため、ペグマタイトは、ペグマタイトを構成する個々の鉱物をサンプリングし、鉱物化学に基づいて比較することによって特徴付けられることが多い。よくある誤りは、壁帯が元の溶融物の組成を代表する急冷縁であると仮定することである。[ 23 ]
バソリス由来のペグマタイトは、ニオブ、イットリウム、フッ素の漸進的な濃集と、ベリリウム、希土類元素、スカンジウム、チタン、ジルコニウム、トリウム、ウランの濃集を特徴とするNYFペグマタイトのファミリーと、リチウム、セシウム、タンタルの漸進的な蓄積と、ルビジウム、ベリリウム、スズ、バリウム、リン、フッ素の濃集を特徴とするLCTペグマタイトのファミリーに分類できる。[ 24 ]
NYFのペグマタイトは、アルミニウム含有量が比較的低いA型からI型の花崗岩（亜アルミニウム質からメタアルミニウム質の花崗岩）から分化した可能性が高い。これらの花崗岩は、枯渇した地殻またはマントル岩に由来する。LCTのペグマタイトは、アルミニウム含有量が高いS型花崗岩、あるいはI型花崗岩（過アルミニウム質の花崗岩）から形成された可能性が最も高い。[ 24 ]
中間ペグマタイト（NYF + LCT ペグマタイト）は知られており、初期に NYF マグマ体が溶融した未枯渇の地殻上部岩石で汚染されることによって形成された可能性がある。[ 24 ]
ペグマタイトには、希少元素や宝石が含まれていることが多い。[ 25 ]例としては、アクアマリン、トルマリン、トパーズ、蛍石、アパタイト、コランダムなどがあり、多くの場合、スズ、希土類、タングステンなどの鉱物も含まれている。[ 17 ] [ 3 ]ペグマタイトは、石英と長石の両方の採掘に使われてきた。[ 26 ]石英採掘においては、中心部に石英塊を持つペグマタイトが特に注目されている。[ 26 ]
ペグマタイトは、スポジュメン、リチオフィライト、または通常はレピドライトとして、リチウムの主要な供給源です。 [ 27 ]セシウムの主要な供給源は、ゾーン構造を持つペグマタイトから産出される鉱物であるポルサイトです。 [ 28 ]世界のベリリウムの大部分は、ペグマタイト中の非宝石品質のベリルから供給されています。[ 29 ]タンタル、ニオブ、および希土類元素は、グリーンブッシュ・ペグマタイト[ 30 ]、ルワンダとコンゴ民主共和国のキバラベルト、エチオピアのケンティチャ鉱山、モザンビークのアルト・リゴニャ州[ 31 ]、ブラジルのミナスジェライス州のミブラ（ボルタ）鉱山[ 32 ]など、世界中のいくつかのペグマタイトから供給されています。
ペグマタイトの顕著な産出地は、世界中の主要なクラトン内および緑色片岩相変成帯内に見られる。しかし、ペグマタイトの産地は、経済的に採算の取れる鉱化作用が発見された場合にのみ詳細に記録される。[ 33 ]
ペグマタイトは不規則な岩脈、岩床、または脈として見られ、バソリス（巨大な貫入火成岩塊）の縁辺部に最も多く見られます。 [ 3 ]ほとんどは空間的にも遺伝的にも大きな貫入岩体と密接に関連しています。貫入岩体自体の中では脈や岩脈の形をとることもありますが、より一般的には周囲の母岩に伸びており、[ 5 ]特に貫入岩体の上部に多く見られます。[ 19 ]
変成岩に囲まれたペグマタイトの中には、より大きな貫入岩体との明らかな関連性がないものもあります。低変成度のペグマタイトは、石英と炭酸塩鉱物が主体となる傾向があります。高変成度のペグマタイトは、アルカリ長石が主体となります。[ 19 ]
斑れい岩ペグマタイトは、通常、斑れい岩または輝緑岩の岩体中にレンズ状に産出する。[ 4 ]ネフェリン閃長岩ペグマタイトは、アルカリ性火成岩複合体によく見られる。[ 19 ]
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