粘土矿物在古环境研究中的应用

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1、浅析粘土矿物在古环境研究中的应用摘要：粘土矿物广泛分布于各种类型的沉积物和沉积岩中，主要有高岭石、伊利石、绿泥石和梦皂石四种矿物，其组合特征和含量的变化记录了源区气候环境变化的信息。粘土矿物对环境变化的反应比较敏感，因而可以根据粘土矿物的矿物成分、组合特征、矿物结晶度及矿物含量变化记录的粘土矿物形成过程中的古环境变化来恢复古环境演变。粘土矿物作为一种研究古环境变化的重要指标，在古环境的研究中发挥着重要的作用。关键词：粘土矿物古环境代用指标粘土矿物通常是指构成土壤和岩石细粒部分（<2μm）的主要成分的

2、矿物。一般情况下，粘土矿物是细粒分散的、含水的层状构造硅酸盐矿物和层链状构造硅酸盐矿物及含水的非晶质硅酸盐矿物的总称，所以说粘土矿物研究主要研究的是层状构造硅酸盐矿物[1]。研究古环境变化以“现在是过去的钥匙”为原则，主要采用“将今论古”的方法，自然界中记录古环境变化的代用指标很多，如冰芯、黄土、树轮、珊瑚、硅藻等，这些代用指标在古环境重建方面也得到了广泛的应用，但这些代用指标的分布有明显的区域性。由于粘土矿物广泛分布于各种类型的沉积物和沉积岩中，所以粘土矿物在古环境变化研究中具有重要的价值和广阔的

3、前景。一、粘土矿物与生成环境粘土矿物在形成过程中受水介质的ph值、eh值和盐度等因素的影响，产生了晶体结构、形态及类型各异的矿物[1]。不同的矿物在一定程度上反映了其形成时的条件与环境。（一）粘土矿物的生成环境高岭石是在温暖湿润的气候条件下，主要由长石在酸性介质作用下经过淋滤作用形成的[2-3]。高岭石族矿物属1:1型层状结构硅酸盐粘土矿物，特征衍射峰：d001=0.715nm，d002=0.356～0.358nm，d003=0.238nm。经550℃高温加热后d001峰将消失（图1、2），高岭石主

4、要来源于陆地环境，因为海洋岩内原生水中k+/h+比率高，故不能形成高岭石[4]。但不是在任何一种陆地环境中都有丰富的高岭石，只有气候暖湿才有利于高岭石的形成和保存。图1：高岭石x衍射谱图（自然片）图2：高岭石x衍射谱图(550℃)蒙皂石族属2:1型层状结构硅酸盐矿物，蒙皂石在未经化学或热处理的定向薄膜样品中，00l的反射峰在一定范围内，为1.2～1.5nm，蒙皂石有明显的膨胀性，经乙二醇饱和后，d001可膨胀至1.7nm左右（图3、4）。富盐基，特别是贫k+而富含na+、ca2+的碱性介质环境中有利

5、于蒙皂石的形成。如风化强度增大，na+和ca2+就从蒙脱石的混层位置上剥离，因此蒙皂石的存在指示了寒冷的气候特征。另外，火山物质在碱性介质中很容易变成蒙脱石[5]。图3：蒙皂石x衍射谱图（自然片）图4：蒙皂石x衍射谱图（乙二醇饱和片）伊利石属2:1型层状结构硅酸盐矿物。特征衍射峰：d001=1.0nm，d002=0.5nm，d003=0.333nm。在乙二醇饱和及加热后特征峰不变（图5）。伊利石形成于温暖或寒冷少雨的气候条件下，由长石、云母等铝硅酸盐矿物在风化脱k+的情况下形成[5]。如果其晶格混层

6、k+继续淋失，就可以向蒙脱石演化。湿热气候条件下，化学风化彻底，碱金属（主要是k+）被带走，伊利石将进一步分解为高岭石。因此，气候干燥、淋滤作用弱对伊利石的形成和保存有利[6]。图5：伊利石x衍射谱图绿泥石形成于干燥的气候条件下，是在碱性条件下埋藏后经成岩作用形成，尤其是容易在富mg2+的空隙水中沉淀出来[7]，其含量增加代表了逐渐变为干旱的气候条件[8]。因此，绿泥石一般在气候受到抑制的地区（如冰川或干旱区）保存下来，所以高纬度和极区以外，绿泥石的含量都很低[4]。绿泥石族属2:1:1型层状结构硅

7、酸盐矿物。特征衍射峰：d001=1.42nm，d002=0.71nm，d003=0.47nm，d004=0.353nm。在550℃高温后d001峰将削弱为1.38nm（图6、7）。图6：绿泥石x衍射谱图（自然片）图7：绿泥石x衍射谱图（550℃）（二）粘土矿物的地带性粘土矿物对环境变化反映的敏感性，以及不同的粘土矿物的形成和保存需要不同的酸碱条件及气候条件，因此粘土矿物的分布具有了地带性的特点。19世纪末，俄国著名学者道库恰耶夫在建立自然地带学说的同时，指出矿物也具有地带性，气候的影响明显地表现在矿

8、物形成的特征上。俄国学者к.и.卢卡舍夫在《苏联境内风化壳的地带性地球化学类型》一书中也指出了地带性标志矿物大多为粘土矿物：泰加森林风化壳及土壤是由硅铝和富铁的粘土质风化产物构成，其标志矿物为水云母、高岭石及海泡石等；在草原地带的碳酸盐粘土质风化物及黄土状风化物中，方解石、白云石、石膏等为标志矿物；在荒漠带富含氯化物2硫酸盐的风化壳及土壤中，石盐、硝石、蒙脱石等为标志矿物；在热带和亚热带，由富铁和富硅铝的风化产物形成红壤、黄壤和砖红壤,标志矿物为一水硬铝石，一水软铝石