海绿石成因类型及其对沉积环境的指相分析

张田++王辰昊

摘 要：海绿石不仅可以作为地层对比的标志矿物，而且可以作为指相矿物反映沉积环境，它包含了丰富的地质信息。通过对海绿石形成条件及成因类型划分进行再认识，对其不同划分类型与沉积环境关系进行分析，认为对海绿石成因类型划分理论主要有两种：溶液胶体沉积理论和海绿石化作用理论。在这两种理论基础上提出的淀胶沉积及粘土矿物交代理论等，均反映了海绿石化学成因类型的本质，为以颗粒状、团粒状、碎屑胶结物、孔隙充填等多种产出形态的海绿石从成因上提供依据。基于成因分析，根据海绿石搬运与否、产出形态以及成熟度类型的综合分析，利用显微镜观测，扫描电镜、电子探针、X衍射分析、红外光谱分析、拉曼光谱等方法对海绿石类型进行辅助确定，认为原地自生海绿石能作为指相矿物，反映沉积环境，原地次生、异地自生及异地次生海绿石均无法作为沉积环境的直接指相证据，但仍可以反映沉积古水流及沉积环境能量信息，为综合确定沉积环境提供依据。

关键词：海绿石 成因类型 沉积环境 指相分析

中图分类号：P57 文献标识码：A 文章编号：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

海綠石最早被定义为岩石中的绿色颗粒矿物，这一概念为德国博物学家Humboldt于1823年所提出[1]。海绿石能作为指相矿物对沉积环境、沉积速率进行分析，还能用作岩石测年的样本，不仅能作为标志性矿物用于地层对比，而且能用于层序地层划分、区域地层对比及构造演化等多个方面[2]。通常认为，海绿石为一种富钾、富铁、含水并具有二八面体层状结构的硅铝酸盐矿物。海绿石一般在50～500 m间的大陆架上出现，在水深200～300 m左右的大陆坡和外大陆架上格外富集，常见于晚前寒武纪以后的地层中[3]。

海绿石包含了丰富的地质信息，这是因为海绿石的形成沉积环境对水体离子环境及酸碱度条件要求苛刻，因此，国内外学者为了充分挖掘海绿石矿物地质信息采取了大量的研究方法。

对海绿石的研究共经历了3个阶段，早在20世纪60年代初，海绿石最初被认为为海相环境的特征指相矿物，如安徽宿县夹沟海绿石[4]、贵州二叠纪大厂层海绿石[5]。在20世纪90年代末至21世纪初，非海相环境的海绿石被陆续发现，国内主要代表为泰康海绿石、天津蓟县海绿石、抚仙湖海绿石[6]、贵州纳雍地区龙潭组海绿石[7]、延长海绿石[8]。海绿石的元素组成也被广泛关注，富钾贫铁的海绿石和贫钾富铁的海绿石均被发现。现今，对海绿石的研究问题主要集中在两个方面：一是什么类型的海绿石能作为指相矿物，二是什么类型海绿石的K-Ar测年是真实可靠的依据。作为指相矿物的结论被实例所修正，原地自生海绿石由于其未经过外部的破坏，仍保留了沉积时的环境及沉积特征信息，能够作为对原始沉积环境的指相矿物，但即使是原地自生海绿石，当其成熟度未达到中或高成熟度条件时，利用K-Ar测年得出的结论仍存在不准的可能，如南海北部陆架海绿石[9-10]。

1 海绿石类型及其划分方法

1.1 海绿石类型

不同沉积环境下的海绿石被陆续发现，对海绿石原有的认识逐渐完善。简单从沉积相角度出发，海绿石被分为海相和非海相，已不能满足现今对海绿石研究的需求。为此，国内外学者对海绿石类型划分方式进行了探索。

目前还未有统一的界定标准，国内外比较成熟并被接受的主要有3种划分方式：按海绿石形成方式分，按位置是否搬运分，按海绿石成分成熟度分。

与其他矿物不同，海绿石具有形态变异性和物理化学变异性，利用形态上的差异，Cayeux于1916年建立了第一套海绿石的分类方法。按照变异性划分为4种类型：初生的、稍发育的、发育的和高度发育的[3]。这一划分方法即为后期对海绿石成熟度研究的初期萌芽。

对于海绿石的形成方式，被广泛认可的两大成因解释为海绿石的溶液成因和海绿石石化作用[11]。溶液成因与之后提出的“自生淀胶理论”类似，海绿石化作用则与颗粒绿化理论及假形置换理论对应。前者成因理论主要用于解释以胶结物状形态产出的海绿石，尤其是在砂岩胶结物中发现的海绿石；后者成因理论主要用于解释颗粒状或者孔隙中产出的海绿石。溶液成因理论认为，由于海水中存在以单硅酸特定胶状形式的二氧化硅，在水体稳定并处于弱还原的沉积环境时，由于成岩作用的影响，局部铁、铝、钾等阳离子的富集，即可形成海绿石的有利地球化学环境。海绿石的化学元素成分与粘土矿物十分类似，当蒙脱石或多水高岭石发生强烈海绿石化作用。海相成因的海绿石钾含量高于非海相成因的，而稳定铁的富集常常发生在海绿石化第一阶段。

海绿石搬运分类由Fischer于1990年提出，按照是否搬离原先生成地点分为原地海绿石和异地海绿石[12]，异地海绿石又进一步被划分为准原地和碎屑海绿石[13]。在原地或异地沉积形成的海绿石中，均可以出现有溶液成因和海绿石化作用形成的海绿石，而海绿石产出形态却有差异。原地沉积海绿石未经过搬运改造，原始形态保留完好，常以团粒形态产出，粒度偏粗，比重偏大。异地沉积海绿石则经过搬运磨圆，粒度偏细，磨圆度较好，比重偏小，多以颗粒形态产出，少数可以成为团粒形态。在区分出原地和异地的基础上，需要对自生和次生海绿石类型进行区别。次生海绿石，在形态上与自生海绿石有明显差别，次生海绿石主要为交代或重结晶作用改造形成，常以色素侵染状或交代假象状形态产出，如美国大西洋沿岸海绿石，自生海绿石则没有后期改造所造成的颗粒磨蚀痕迹，如黄海海绿石[14]。

按照变异性的划分方式与Odin and Matter于1988年提出的两端元分类法相类似，也需将海绿石按照演化或成熟度阶段划分为4个，不同的是，前者主要按照元素的变化来进行划分，后者主要考虑到在成熟度高时，K2O含量会呈现出正相关关系[15]。随着成熟度的升高，海绿石颗粒依次变深，从黄绿色、浅绿色、翠绿色直至变为墨绿色。

国内学者在基于搬运与否、生成方式及产出形态3方面提出了三级分类原则[4]，但这一分类方式并未能解决不同成熟度类型的海绿石的划分方式，因此，在综合各学者的观点后，对海绿石划分应按照综合分类的原则进行，在三级划分的基础上，根据矿物成熟度、颜色、产出形态进行划分，可以确定能够为实际地质信息服务的海绿石类型划分，如表1所示。

1.2 海绿石成因类型划分研究方法

为进一步辅助判断海绿石的类型，国内外学者也进行多次尝试，主要研究方法有6种：显微镜观测、扫描电镜、电子探针、X衍射分析、红外光谱分析、激光拉曼光谱。

利用显微镜下观测方法，可以确定海绿石的显微结构及粒级特征，进一步判定海绿石的形态特点。常见的有3种显微结构，最常见的为团粒状形态产出的海绿石，显微镜下呈现出杂乱特征，微晶排列不具有一定的方向性；其次为矿物碎屑中伴生的海绿石，镜下呈定向片状集合体，微晶晶型平行排列，具有波状消光；最后为陆源碎屑中形态为鲕状的海绿石，镜下呈定向环状微晶质结构，微晶晶型呈环状平行排列[16]。通过微观粒级观测后，进一步确定海绿石矿物颗粒粒级，当海绿石颗粒粒径明显大于同生陆源碎屑颗粒时，海绿石发生异地搬运的概率小，利用比重进行辅助分析，若偏大则进一步说明海绿石原地自生的特性，反之，则可能为异地搬运沉积。

Borst和Keller（1969）曾第一次利用扫描电镜来说明海绿石颗粒的表面结构，遗憾的是沒有涉及它的矿物学特征。扫描电镜主要是依据海绿石晶形大小或排列方式来分析沉积环境。当晶形呈定向稳定排列时，说明海绿石形成时水动力条件较弱，反之，则水动力条件较强。

电子探针可对矿物元素进行定量分析，对海绿石中铁和钾元素含量变化检测有重要作用，富铁贫钾一般为初期发育海绿石，后期随着成熟度演化程度增强，海绿石表现出贫铁富钾的特征[17]。

X衍射分析主要是依据矿物的谱线特征来进行识别，主要可以识别出矿物中的粘土矿物含量范围百分比，尤其是伊利石、蒙皂石及高岭石主要矿物成分，以此来确定海绿石中各种成分的比重。当高岭石含量越高时，矿物经过风化作用改造越强烈，反之，则越弱。利用X衍射，可以确定膨胀性指标范围，即确定伊蒙混层的百分含量，以此判断膨胀层的特点[15]。

红外光谱分析也可对膨胀层信息进行反应，膨胀层百分含量越小，最大吸收区域谱线越宽，反之则越小，当海绿石成熟度越高，膨胀层百分含量越小[18]。

激光拉曼光谱分析适用于样本点极少的情况，通过对海绿石激光拉曼光谱的特征峰波数进行统计分析，可以有效鉴定不同海绿石的晶体结构[8]。

2 指相分析

国内外多个例子，均证实海绿石对沉积环境的指相意义，是针对原地自生海绿石提出的。原地自生海绿石反映其沉积时处于缓慢、低能、弱还原环境，为指相分析的矿物。异地自生海绿石形成环境多处于高能，弱氧化环境，由于搬运作用改造，可以以多种颗粒形式广泛出现在不同中深地带的沉积水体中，虽也可反映水体环境，但却并不能作为指相矿物，如在海相环境中形成的海绿石，也可能产出于高能环境，如台地边缘礁相沉积[19]。在非海相中，也能出现能够反映沉积环境的原地自生海绿石，如藏西南札达白垩纪Albian期海绿石。海绿石对沉积环境的分析需要针对不同的研究区块，进行综合分析确定。在对什么等多个地区进行分析统计，如表2所示，可以确认：（1）海绿石在海相和非海相均可出现，指相海绿石更多指的是原地自生海绿石；（2）利用非标准海绿石进行沉积环境分析，需要综合考量。

3 结语

对海绿石的类型确定后能针对性地开展研究工作。在初期研究阶段，可以针对海绿石是否搬运进行确认，可从粒度、颗粒粒径方面着手；为深化研究，对海绿石的成因类型需加以确认，在不同的海绿石基础上对演化阶段进行研究，可以更加准确地通过海绿石进行测年分析。

海绿石的指相意义是针对原生自生海绿石而言的，异生海绿石虽不能作为特定的指相矿物，但也可以反映沉积环境的能量信息。国内外学者对海绿石的研究，目前仍然处于求索阶段，不同类型的海绿石被陆续发现，进一步说明形成海绿石的条件虽然苛刻，但在地质历史时期，只要有利于海绿石形成的条件，海绿石都能形成，针对不同的沉积环境和沉积背景，需要进行对应的分析才更能准确地分析该沉积时期的地质条件。

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