海綠石成因類型及其對沉積環境的指相分析

張田++王辰昊

摘 要：海綠石不僅可以作為地層對比的標志礦物，而且可以作為指相礦物反映沉積環境，它包含了豐富的地質信息。通過對海綠石形成條件及成因類型劃分進行再認識，對其不同劃分類型與沉積環境關系進行分析，認為對海綠石成因類型劃分理論主要有兩種：溶液膠體沉積理論和海綠石化作用理論。在這兩種理論基礎上提出的淀膠沉積及粘土礦物交代理論等，均反映了海綠石化學成因類型的本質，為以顆粒狀、團粒狀、碎屑膠結物、孔隙充填等多種產出形態的海綠石從成因上提供依據。基于成因分析，根據海綠石搬運與否、產出形態以及成熟度類型的綜合分析，利用顯微鏡觀測，掃描電鏡、電子探針、X衍射分析、紅外光譜分析、拉曼光譜等方法對海綠石類型進行輔助確定，認為原地自生海綠石能作為指相礦物，反映沉積環境，原地次生、異地自生及異地次生海綠石均無法作為沉積環境的直接指相證據，但仍可以反映沉積古水流及沉積環境能量信息，為綜合確定沉積環境提供依據。

關鍵詞：海綠石 成因類型 沉積環境 指相分析

中圖分類號：P57 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0084-04

The Genetic Types of Glauconite and the Relationship Analysis of Facies and Sedimentary Environment

Zhang Tian Wang Chenhao

（Petroleum Exploration and Development Research Institute， Petro China Xinjiang Oilfield Company， Karamay Xinjiang， 834000， China）

Abstract： Glauconite can not only be regarded as index mineral of stratigraphic correlation， but also be used as diagnostic minerals of sedimentary environment， which contains abundant geological information. Through the recognition of the formation conditions and genetic types of glauconite， the relationship between the different sediments and the sedimentary environment is summarized， two main views of genetic types division of glauconite can be concluded： solution colloid deposition theory and glauconitization effect theory. Starch adhesive deposition theory and clay mineral metasomatic theory are based on these two theories， both of them can reflect the essence of glauconite chemical genetic type， which can provide evidence for the glauconite with various output forms of granular， crumb， clastic cement and pore filling. Based on the analysis of the causes， carrying， output forms， maturity type， using microscope， scanning electron microscope， electron probe， X diffraction analysis， infrared spectroscopy， Raman spectroscopy and other methods， the type of glauconite can be auxiliarily determined. The option is thought to be right that autochthonous glauconite can be used as facies mineral to reflect sedimentary environment. These kinds of glauconite cannot be directly used as the sedimentary environment evidence such as autochthonous secondary， allochthonous， allopatry， which can still reflect the information of paleocurrent and sedimentary information to provide the comprehensive basis of sedimentary environment.

Key Words： Glauconite； Genetic types； Sedimentary environment； Facies analysis

海綠石最早被定義為巖石中的綠色顆粒礦物，這一概念為德國博物學家Humboldt于1823年所提出[1]。海綠石能作為指相礦物對沉積環境、沉積速率進行分析，還能用作巖石測年的樣本，不僅能作為標志性礦物用于地層對比，而且能用于層序地層劃分、區域地層對比及構造演化等多個方面[2]。通常認為，海綠石為一種富鉀、富鐵、含水并具有二八面體層狀結構的硅鋁酸鹽礦物。海綠石一般在50～500 m間的大陸架上出現，在水深200～300 m左右的大陸坡和外大陸架上格外富集，常見于晚前寒武紀以后的地層中[3]。

海綠石包含了豐富的地質信息，這是因為海綠石的形成沉積環境對水體離子環境及酸堿度條件要求苛刻，因此，國內外學者為了充分挖掘海綠石礦物地質信息采取了大量的研究方法。

對海綠石的研究共經歷了3個階段，早在20世紀60年代初，海綠石最初被認為為海相環境的特征指相礦物，如安徽宿縣夾溝海綠石[4]、貴州二疊紀大廠層海綠石[5]。在20世紀90年代末至21世紀初，非海相環境的海綠石被陸續發現，國內主要代表為泰康海綠石、天津薊縣海綠石、撫仙湖海綠石[6]、貴州納雍地區龍潭組海綠石[7]、延長海綠石[8]。海綠石的元素組成也被廣泛關注，富鉀貧鐵的海綠石和貧鉀富鐵的海綠石均被發現。現今，對海綠石的研究問題主要集中在兩個方面：一是什么類型的海綠石能作為指相礦物，二是什么類型海綠石的K-Ar測年是真實可靠的依據。作為指相礦物的結論被實例所修正，原地自生海綠石由于其未經過外部的破壞，仍保留了沉積時的環境及沉積特征信息，能夠作為對原始沉積環境的指相礦物，但即使是原地自生海綠石，當其成熟度未達到中或高成熟度條件時，利用K-Ar測年得出的結論仍存在不準的可能，如南海北部陸架海綠石[9-10]。

1 海綠石類型及其劃分方法

1.1 海綠石類型

不同沉積環境下的海綠石被陸續發現，對海綠石原有的認識逐漸完善。簡單從沉積相角度出發，海綠石被分為海相和非海相，已不能滿足現今對海綠石研究的需求。為此，國內外學者對海綠石類型劃分方式進行了探索。

目前還未有統一的界定標準，國內外比較成熟并被接受的主要有3種劃分方式：按海綠石形成方式分，按位置是否搬運分，按海綠石成分成熟度分。

與其他礦物不同，海綠石具有形態變異性和物理化學變異性，利用形態上的差異，Cayeux于1916年建立了第一套海綠石的分類方法。按照變異性劃分為4種類型：初生的、稍發育的、發育的和高度發育的[3]。這一劃分方法即為后期對海綠石成熟度研究的初期萌芽。

對于海綠石的形成方式，被廣泛認可的兩大成因解釋為海綠石的溶液成因和海綠石石化作用[11]。溶液成因與之后提出的“自生淀膠理論”類似，海綠石化作用則與顆粒綠化理論及假形置換理論對應。前者成因理論主要用于解釋以膠結物狀形態產出的海綠石，尤其是在砂巖膠結物中發現的海綠石；后者成因理論主要用于解釋顆粒狀或者孔隙中產出的海綠石。溶液成因理論認為，由于海水中存在以單硅酸特定膠狀形式的二氧化硅，在水體穩定并處于弱還原的沉積環境時，由于成巖作用的影響，局部鐵、鋁、鉀等陽離子的富集，即可形成海綠石的有利地球化學環境。海綠石的化學元素成分與粘土礦物十分類似，當蒙脫石或多水高嶺石發生強烈海綠石化作用。海相成因的海綠石鉀含量高于非海相成因的，而穩定鐵的富集常常發生在海綠石化第一階段。

海綠石搬運分類由Fischer于1990年提出，按照是否搬離原先生成地點分為原地海綠石和異地海綠石[12]，異地海綠石又進一步被劃分為準原地和碎屑海綠石[13]。在原地或異地沉積形成的海綠石中，均可以出現有溶液成因和海綠石化作用形成的海綠石，而海綠石產出形態卻有差異。原地沉積海綠石未經過搬運改造，原始形態保留完好，常以團粒形態產出，粒度偏粗，比重偏大。異地沉積海綠石則經過搬運磨圓，粒度偏細，磨圓度較好，比重偏小，多以顆粒形態產出，少數可以成為團粒形態。在區分出原地和異地的基礎上，需要對自生和次生海綠石類型進行區別。次生海綠石，在形態上與自生海綠石有明顯差別，次生海綠石主要為交代或重結晶作用改造形成，常以色素侵染狀或交代假象狀形態產出，如美國大西洋沿岸海綠石，自生海綠石則沒有后期改造所造成的顆粒磨蝕痕跡，如黃海海綠石[14]。

按照變異性的劃分方式與Odin and Matter于1988年提出的兩端元分類法相類似，也需將海綠石按照演化或成熟度階段劃分為4個，不同的是，前者主要按照元素的變化來進行劃分，后者主要考慮到在成熟度高時，K2O含量會呈現出正相關關系[15]。隨著成熟度的升高，海綠石顆粒依次變深，從黃綠色、淺綠色、翠綠色直至變為墨綠色。

國內學者在基于搬運與否、生成方式及產出形態3方面提出了三級分類原則[4]，但這一分類方式并未能解決不同成熟度類型的海綠石的劃分方式，因此，在綜合各學者的觀點后，對海綠石劃分應按照綜合分類的原則進行，在三級劃分的基礎上，根據礦物成熟度、顏色、產出形態進行劃分，可以確定能夠為實際地質信息服務的海綠石類型劃分，如表1所示。

1.2 海綠石成因類型劃分研究方法

為進一步輔助判斷海綠石的類型，國內外學者也進行多次嘗試，主要研究方法有6種：顯微鏡觀測、掃描電鏡、電子探針、X衍射分析、紅外光譜分析、激光拉曼光譜。

利用顯微鏡下觀測方法，可以確定海綠石的顯微結構及粒級特征，進一步判定海綠石的形態特點。常見的有3種顯微結構，最常見的為團粒狀形態產出的海綠石，顯微鏡下呈現出雜亂特征，微晶排列不具有一定的方向性；其次為礦物碎屑中伴生的海綠石，鏡下呈定向片狀集合體，微晶晶型平行排列，具有波狀消光；最后為陸源碎屑中形態為鮞狀的海綠石，鏡下呈定向環狀微晶質結構，微晶晶型呈環狀平行排列[16]。通過微觀粒級觀測后，進一步確定海綠石礦物顆粒粒級，當海綠石顆粒粒徑明顯大于同生陸源碎屑顆粒時，海綠石發生異地搬運的概率小，利用比重進行輔助分析，若偏大則進一步說明海綠石原地自生的特性，反之，則可能為異地搬運沉積。

Borst和Keller（1969）曾第一次利用掃描電鏡來說明海綠石顆粒的表面結構，遺憾的是沒有涉及它的礦物學特征。掃描電鏡主要是依據海綠石晶形大小或排列方式來分析沉積環境。當晶形呈定向穩定排列時，說明海綠石形成時水動力條件較弱，反之，則水動力條件較強。

電子探針可對礦物元素進行定量分析，對海綠石中鐵和鉀元素含量變化檢測有重要作用，富鐵貧鉀一般為初期發育海綠石，后期隨著成熟度演化程度增強，海綠石表現出貧鐵富鉀的特征[17]。

X衍射分析主要是依據礦物的譜線特征來進行識別，主要可以識別出礦物中的粘土礦物含量范圍百分比，尤其是伊利石、蒙皂石及高嶺石主要礦物成分，以此來確定海綠石中各種成分的比重。當高嶺石含量越高時，礦物經過風化作用改造越強烈，反之，則越弱。利用X衍射，可以確定膨脹性指標范圍，即確定伊蒙混層的百分含量，以此判斷膨脹層的特點[15]。

紅外光譜分析也可對膨脹層信息進行反應，膨脹層百分含量越小，最大吸收區域譜線越寬，反之則越小，當海綠石成熟度越高，膨脹層百分含量越小[18]。

激光拉曼光譜分析適用于樣本點極少的情況，通過對海綠石激光拉曼光譜的特征峰波數進行統計分析，可以有效鑒定不同海綠石的晶體結構[8]。

2 指相分析

國內外多個例子，均證實海綠石對沉積環境的指相意義，是針對原地自生海綠石提出的。原地自生海綠石反映其沉積時處于緩慢、低能、弱還原環境，為指相分析的礦物。異地自生海綠石形成環境多處于高能，弱氧化環境，由于搬運作用改造，可以以多種顆粒形式廣泛出現在不同中深地帶的沉積水體中，雖也可反映水體環境，但卻并不能作為指相礦物，如在海相環境中形成的海綠石，也可能產出于高能環境，如臺地邊緣礁相沉積[19]。在非海相中，也能出現能夠反映沉積環境的原地自生海綠石，如藏西南札達白堊紀Albian期海綠石。海綠石對沉積環境的分析需要針對不同的研究區塊，進行綜合分析確定。在對什么等多個地區進行分析統計，如表2所示，可以確認：（1）海綠石在海相和非海相均可出現，指相海綠石更多指的是原地自生海綠石；（2）利用非標準海綠石進行沉積環境分析，需要綜合考量。

3 結語

對海綠石的類型確定后能針對性地開展研究工作。在初期研究階段，可以針對海綠石是否搬運進行確認，可從粒度、顆粒粒徑方面著手；為深化研究，對海綠石的成因類型需加以確認，在不同的海綠石基礎上對演化階段進行研究，可以更加準確地通過海綠石進行測年分析。

海綠石的指相意義是針對原生自生海綠石而言的，異生海綠石雖不能作為特定的指相礦物，但也可以反映沉積環境的能量信息。國內外學者對海綠石的研究，目前仍然處于求索階段，不同類型的海綠石被陸續發現，進一步說明形成海綠石的條件雖然苛刻，但在地質歷史時期，只要有利于海綠石形成的條件，海綠石都能形成，針對不同的沉積環境和沉積背景，需要進行對應的分析才更能準確地分析該沉積時期的地質條件。

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