海洋沉积物中粘土矿物对环境的指示意义辨析

卢伟

[摘 要]近年来的研究表明通过分析粘土矿物的成分、组合、含量以及结晶度的变化粘土矿物组合，可以反映源区气候冷、暖周期性变化，记录沉积区域古环境演化的重要信息，为古环境重塑提供了有力证据，因此利用粘土矿物重建古气候环境近年来得到广泛的应用。

[关键词]海洋沉积，粘土矿物，古气候，辨析

中图分类号：P744 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）19-0130-01

1 前言

粘土矿物广泛地存在于各种类型的沉积物中，是海洋沉积的重要组成部分，近年来的研究表明，海洋沉积物中占一定比例的粘土矿物组合变化与气候演变存在着一定的关系，并且其研究结果与古生物遗迹，氢氧同位素，孢粉等信息相吻合，这就为研究古气候古环境提供了一种新的方法，不仅如此，因为粘土矿物取样的广泛性与简易性，当孢粉以及氢氧同位素不好获得的情况下，粘土矿物组合及含量就成为主要的气候指标，因此，利用粘土矿物研究古环境古气候越来越受到重视。然而，粘土矿物颗粒极其细小，一般<2μm，对周围环境的变化特别敏感，它不仅受母源区的物理化学变化影响，同时，沉积环境，成岩作用，运输路径，自生作用等都对其具有不同程度的影响导致了其分布和含量上的差异，因此粘土矿物的古环境意义错综复杂，研究分析时需综合考量各方面因素。

2 常见粘土矿物及其与环境的关系

海洋沉积中常见的粘土矿物，主要有高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石，其他少量的还有混合层粘土矿物，坡缕石，海泡石等。大量的粘土矿物是在地表风化作用中形成的，在沉积作用和埋藏过程中可发生转变。它的形成和转化与其所处的环境关系密切。

高岭石主要是长石、似长石等经热液蚀变或风化作用分解的产物，一般认为高岭石是在潮湿气候、酸性介质中由长石、云母和辉石经强烈淋滤形成（汤艳杰，2002），因此气候温暖潮湿有利于高岭石的形成和保存。高岭石的出现指示源区可能在热带气候条件下经历了强烈的风化作用，那里丰富的降雨量使离子输送有利并有利于土壤发育。低盐分的水有利于高岭石沉淀，深海沉积物中少见高岭石，因此非海相的沉积物中通常富含高岭石。

海相沉积物中蒙脱石有3个主要起源，（1）火山物质的海底改造；（2）由岩屑形成的颗粒的转化；（3）从相邻的大陆源区继承的，与温暖、半干旱气候下土壤的风化有关。在大陆区域中蒙脱石的形成，受土壤在温暖、半干旱和带有季节性干湿的气候条件下的风化作用控制。母岩在潮湿条件下阳离子的释放和干旱条件下阳离子的浓缩，有利于蒙脱石的沉积。

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。其晶格混层K+继续淋失，则可向蒙脱石演化。如果气候变得湿热，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（Meunier，1980）。

绿泥石中的主要阳离子为Si4+、Al3+、Fe2+、Mg2+，形成环境为碱性。Bain（1977）发现绿泥石在风化剖面上部的氧化条件下不稳定，这是由于在风化作用期间，水镁石层内的二价铁容易被氧化，所以绿泥石一般只能在化学风化作用受抑制的地区（像如冰川或干旱的地表）幸存下来。一般认为，绿泥石和伊利石含量增加代表逐渐变为干旱的气候条件。

3 粘土矿物对古环境具有指示意义的依据

大量的粘土矿物是在地表风化作用中形成的，在沉积作用和埋藏过程中可发生转变。它的形成和转化与其所处的环境关系密切相关，粘土矿物作为一种全新的研究手段与我们一直利用的古环境指标，例如有孔虫介形虫，氢氧同位素，孢粉，年轮，冰芯，古地磁等都有不同程度上的相关性。

4 粘土矿物对环境示踪的局限性

海洋沉积中的粘土矿物组合及含量变化用于气候环境的解释目前尚存在一定的局限性和复杂性，各种非气候因素，如源区、沉积环境、成岩作用、差异输送、自生作用，影响粘土矿物的分布和含量，使粘土矿物的古气候含意变得错综复杂。自生和碎屑粘土矿物之间的差异及判别尚存在疑问，尤其是对蒙脱石。由于粘土矿物颗粒极为细小（一般<2μm），對周围环境的各种变化极敏感，因此，在利用粘土矿物重建古气候环境时应该谨慎，需综合考虑气候及各种非气候因素的影响。

5 结论

粘土矿物组合反映了物源区气候冷、暖周期性变化，记录了沉积区域古环境演化的重要信息，为古环境再造提供了有力证据，然而，粘土微粒要经过一个长距离才能从土壤到达海洋并沉积下来，又由于粘土矿物成分、结构和成因的复杂性及多变化特点，在恢复古气候时出现了不确定性和多解性，因此，在利用粘土矿物研究古气候古环境时应综合考虑多方面因素，随着科技的不断发展，相信在以后粘土矿物会越来越受到重视。

参考文献

[1] 陈涛.粘土矿物对古气候指示作用浅析[J].岩石矿物学杂志.2003，22（4）：416-420.

[2] 孔为伦，李双应，等.海洋粘土矿物的古环境含义辨析[J].安徽大学学报（自然科学版），2011，35（5）：100-108.

[3] 蓝先洪.海洋沉积物中粘土矿物组合特征的古环境意义[J].海洋地质动态，2001，17（1）：5-7.

[4] 孙庆峰，陈发虎，等.粘土矿物在气候环境变化研究中的应用进展[J].2011，31（1）：146-152.

[6] 何良彪，海洋沉积岩芯中粘土矿物变化与古气候变迁的关系[J].科学通报，1982，13：809-812.

[7] 陈忠，颜文.海洋沉积粘土矿物与古气候、古环境演化响应的研究进展[J].海洋科学.2000，24（2）：25-27.

[8] 赵松龄张宏才.晚更新世末期的地磁短期反极性事件[J].海洋地质研究，1981，12（2）：61-66.

[9] 盧龙飞，蔡进功，包于进.粘土矿物保存海洋沉积有机质研究进展及其碳循环意义[J].地质科学进展，2006，，2（9）：931-937.

[10] 李秀珠，中太平洋西部沉积物中粘土矿物的初步研究[J].东海海洋，1986，4（1）34-40.

[11] Zhifei Liu ， Alain Trentesaux . Clay mineral assemblages in the northern South China Sea：implications for East Asian monsoon evolution over the past 2 million years[J]. Marine geology，201 （2003） 133-146.

[12] Rainer Petschick ， Gerhard Kuhn， Franz Gingele. Clay mieral distribution in surface sediments of the south Atlantic： sources transport and relation to oceanography[J]. Marine geology，130（1996） 203-22.9

[13] LIU Jianguo， CHEN Muhong， CHEN Zhong， YAN Wen. Clay mineral distribution in surface sediments of the South China Sea and its significance for in sediment sources and transport*[J].，Chinese Journal of Oceanology and Limnology，2010，28（2） ： 407-415.

[14] Jeungsu youn， Shouye yang， Yong Ahn park，Clay minerals and geochemistry of the bottom sediments in the northwestern East China Sea[J].，Chinese Journal of Oceanology and Limnology，2007，25（ 3） ：235-246.

[15] Li Jun， Gao Jianhua， Wang Yaping， Li Yan， Bai Feng long， Cees Laban.Distribution and dispersal pattern of clay minerals in surface sediments[J]. Eastern Beibu Gulf， South China Sea，Acta Oceanol. Sin， 2012， 31（2）： 78-87.