粘土矿物地温计研究与应用.pdf

匡 中国石油大学硕士研究生学位论文华匀i 申请理学硕十学位 粘土矿物地温计研究与应用 学科．专业 培养方向 硕士生 指导教师 地球化学 实验地球化学 王强 周瑶琪 教授 粘土矿物地温计研究与应用 王强 地球化学 指导教师周瑶琪 教授 摘要 古地温研究可为勘探开发地下资源提供有用信息，而粘土矿物可被 用作温度指示矿物来研究古地温，粘土矿物地温计的理论研究与实际应 用这两方面被分别详细阐述。理论方面，伊利石结晶度法、绿泥石成分 法等多种粘土矿物研究古地温的方法被总结、评述，并利用激光拉曼光 谱研究了伊利石的温度敏感性特征，通过分析变温实验拉曼图谱得到 2 0 0 ℃以内，伊利石低波数段特征拉曼峰对温度变化敏感性较弱；随温度 升高，3 6 9 5 c m “ 1 左右表征羟基振动的拉曼峰位置大体呈向红移趋势，但 分为三个阶段，即6 0 ～1 1 0 ℃先红移，l l O ～1 3 0 ℃小规模蓝移，1 3 0 ～2 0 0 ℃再继续红移，根据拉曼位移公式与矿物晶体结构分析了三阶段拉曼峰 发生不同位移的原因，三阶段温度与拉曼峰位置的关系可用三段直线方 程近似表述；高频段羟基振动峰带宽随温度升高呈现逐渐缩短的趋势； 高频段羟基振动峰面积比值随温度升高逐渐增大；根据上述特征，通过 多参数分析拟合，建立了温度与拉曼参数的函数关系式，也即探索了一 种拉曼光谱伊利石地温计，该温度计适用温度范围为6 0 - - - 2 0 0 ℃之间，也 就是说在沉积盆地均可获得较满意的结果。应用方面，伊利石结晶度法、 伊利石拉曼光谱法、绿泥石成分法等多种粘土矿物研究古地温的方法被 用于潍北凹陷开展了古地温研究，推算得出昌6 7 井2 6 2 4 ～3 4 5 6 m 地层经 历的古地温大约在1 1 0 ～1 4 6 ℃之间，古地温梯度在4 ．o 4 ．2 ℃／／l O O m ，同时 1 1 也开展了流体包裹体法、镜质体反射率法研究该区古地温的对比研究， 结果证实这几种温度与根据粘土矿物推算得出的温度吻合得比较好，可 见粘土矿物地温计的应用效果是比较好的。对比现今温度，潍北凹陷是 逐渐变冷的。 关键词；伊利石，绿泥石。古温度，拉曼光谱，潍北 I I C l a yM i n e r a l sR e s e a r c ha n dA p p l i c a t i o n A s G e o t h e r m o m e t e r s W A N G Q i a n g G e o c h e m i s t r y D n c t e db yP r o f e s s o rZ H O U Y a o - q i A b s t r a c t P a l e o t e m p e r a t u r em a yp r o v i d e u s e f u li n f o r m a t i o nf o r r e s o u r c e e x p l o r a t i o n ．C l a ym i n e r a l sc a l lb eu s e dt oi n d i c a t et e m p e r a t u r e ．T w oa s p e c t s o fc l a ym i n e r a l sg e o t h e r m o m e t e r t h e o r yr e s e a r c ha n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n w c r e s e p a r a t e l ye x p a t i a t e d ．T h e o r ya s p e c t i l l i t ec r y s t a l l i n i t y , c h l o r i t e c o m p o s i t i o n a n do t h e rm e t h o d sf o r p a l e o t e m p e r a t u r es t u d y i n g w e r e s u m m a r i z e da n dc o m m e n t e d ．I l l i t et e m p e r a t u r es e n s i t i v i t yw a ss t u d i e db y l a s e rP , m m a ns p e c t r o m e t e r ．R a m a ns p e c t r u mb ea n a l y z e da n ds o m en e w c o g n i t i o n sw e r ef o u n d u n d e r2 0 0 “ C ，R a m a np e a k so fi l l i t ei nl o ww a v e n u m b e r sb a n dh a v ew e a kt e m p e r a t u r es e n s i t i v i t y ；I nt h em a i n ，n e a r3 6 9 5 c m - 1 R a m a np e a kw o u l db er e ds h i f tw i t ht e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g ．b u tw h o l e p r o c e s sc a l lb ed i v i d e di n t o3s t a g e s ，i ．e ．b e t w e e n6 0 ～1 1 0 ℃r e ds h i f t ． b e t w e e n1 1 0 ～1 3 04 C s m a l l s c a l eb l u es h i f t ，a n db e t w e e n1 3 0 ～2 0 0 ℃r e d s h i f tr e n e w e d l y ．A c c o r d i n gt oR a m a ns h i f tf o r m u l aa n dc r y s t a ls t r u c t u r eo f i l l i t e ，r e a s o no f3d i f f e r e n ts h i f ts t a g e sw a sa n a l y z e d ．T h er e l a t i o n s h i po f t e m p e r a t u r ea n dR a m a np e a k ’sp o s i t i o nc a l lb ea p p r o x i m a t ee x p r e s s e db y t h r e es t r a i g h tl i n ee q u a t i o n s ．T h ew i d t ho fh y d r o x y l s t r e t c h i n gb a n dr e g i n n “ T w o u l db es h o r t e n i n ga n dt h ea r e ar a t i oo fO Hv i b r a t i o np e a k sw o u l db er i s i n g w i t ht h et e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g ．B ym u l t i p l e - p a r a m e t r i cf i t t i n gr e g r e s s i o n ，a m a t h e m a t i c a lf u n c t i o nb e t w e e nt e m p e r a t u r ea n dR a l r l a np a r a m e t e r sw a s e s t a b l i s h e d ．T h a ti saR a m a ns p e c t r u mg e o t h e r m o m e t e ro fi l l i t e ．I tw a sf i tf o r 6 0 ～2 0 0 “ C ．S o ，i tc a nb eu s e di ns e d i m e n t a r yb a s i n s ．O nt h eo t h e rh a n d ， g e o t h e r m o m e t e ro fc l a ym i n e r a l st h e o r yw h i c hi n c l u d e di l l i t ec r y s t a l l i n i t y , i l l i t eR a m a n s p e c t r u m ，c h l o r i t ec o m p o s i t i o nw a sa p p l i e di nW e i b e is a g ．I tw a s c a l c u l a t e dt h et e m p e r a t u r et h a ts t r a t af r o m2 6 2 5 mt o3 4 5 6 mi nc h a n 9 6 7w e l l e x p e r i e n c e dw a sa b o u t1 1 0 ～1 4 6 “ C ．p a l a e o t h e r m a lg r a d i e n tw a s4 ．m 4 ．2 “ C ／l O O m 。A tt h es a m et i m e ，f l u i di n c l u s i o n sa n dv i t r i n i t er e f l e c t a n c ea l s ow e r e a p p l i e dt or e s e a r c hp a l e o t e m p e r a t u r ei n t h i sa r e a ．R e s u l t sv e i l f ys e v e r a l t e m p e r a t u r e sw e r ec o i n c i d e d ．T h e r e f o r e ，t h ea p p l i e de f f e c to fc l a ym i n e r a l s g e o t h e r m o m e t e rw a sn o tb a d ．C o n t r a s tp r e s e n tt e m p e r a t u r e ，W e i b e is a gw a s c o o l i n gg r a d u a l l y ． K e yw o r d s i U i t e ，c h l o r i t e ，p a l e o t e m p e r a t u r e ，R a m a ns p e c t r u m ，W e i b e i I I I 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 签名娅聊年r 黾D o 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 保密论文在解密后应遵守此规定 学生签名 导师签名 三绕 佤荔谚 抄7 年r 月矽日 ≯矽7 年 歹月o D 日 中国石油大学 华东 硕士论文第1 章前言 第1 章前言 1 ．1 论文研究目的及意义 随着地质科学的迅速发展，沉积盆地古地温研究已经成为一个重要 课题，古地温是指某一区域在地质历史时期曾经出现过的温度现状。它 随地史的演化而不断发生变化，古地温不仅是温度的函数，还和时间有 关【l J 。古地温的研究资料已经成为油气勘探的重要依据，特别是近年来 油气勘探的难度加大，转向海洋及盆地深部找油找气，古地温应用方面 的研究得到了迅速发展。吉地温对层控矿床的形成有明显的控制作用， 对活泼金属元素层控矿床的形成与分布的控制作用更加明显。通过古地 温研究确定大地热流值及其演化过程是认识盆地形成和演化的重要依 据，并可为地质学及地球物理学等相关学科提供基础资料【z 】。 古地温的研究能够为矿产矿床的勘探开发提供丰富的信息，因而， 地质学家们一直在努力寻找能准确反映古地温的量化指标，粘土矿物是 地球上分布最广的一类天然产物，约占岩石圈和风化壳的一半，在沉积 盆地中也有广泛的分布，它是泥页岩的主要成分、砂岩中的重要胶结物 p J ，因而成为了重要的考虑目标。在成岩过程中，随着埋藏深度和压力 增大以及温度升高，介质P H 值、离子浓度等条件的改变，粘土矿物往往 会发生层间水的释放及层间阳离子的迁移。进而引起新生变形及枯土矿 物的转化。大量研究表明某些粘土矿物的溶解和形成是在特定的温度范 围内发生的，如沸石、高岭石等矿物出现的温度范围都比较窄，它们均 可作为温度指示矿物。 粘土矿物她质温度计用的较多的有伊利石、绿泥石结晶度，绿泥石 化学成分，伊／蒙混层矿物等[ 4 1 。其中伊利石的结晶度和绿泥石的化学成 分与形成温度间均有定量关系。因此通过对地层中粘土矿物的组合及伊 利石结晶度、绿泥石化学成分的定量分析，可获得较为理想的古地温及 其古地温梯度。 虽然粘土矿物地温计得到了广泛的应用，但某些方法与测试技术仍 稍显繁琐，或者是对实验条件要求较高，此外前人多是利用其研究各种 中国石油大学 华东 硕士论文 第1 章前言 地热体系、热液体系，在沉积盆地中的利用研究还较少，仅有潘燕宁 2 0 0 1 【5 】、赵明 2 0 0 6 [ 6 1 等开展了伊利石结晶度地温计、绿泥石化学 成分地温计在沉积盆地中的应用。本论文尝试了运用便捷的现代高精度 非破坏性微区分析技术激光拉曼光谱分析技术开展了对粘土矿物温 度敏感性的研究，获取了拉曼光谱研究粘土矿物地温计的第一手资料， 并建立了理论上的地温计表达公式，为后续研究奠定了基础。在开展粘 土矿物拉曼光谱地温计理论研究的同时，本文利用粘土矿物地温计在潍 北凹陷开展了应用研究，并通过镜质体反射率、流体包裹体古地湿分析 等多种研究方法进行了比较，发现粘土矿物地温计在沉积盆地中应用效 果较好，进～步研究弄清楚了昌潍坳陷潍北凹陷的古地温情况，有利于 今后在该地区的油气勘探。 1 ．2 国内外研究现状和发展趋势 1 ．2 ．1 古温标的研究现状 古温标 或地质温度计 被广泛应用在恢复沉积盆地古地温研究中， 到目前为止，取得一定成效的主要有以下几种粘土矿物古温标、镜质 体反射率R o 及其他有机质成熟度指标 固体沥青反射率、甲基菲指数等 、 磷灰石裂变径迹、矿物流体包裹体、牙形石色变指数等。 早在2 0 世纪六七十年代，美国学者W e a v e r 1 9 6 0 、P o w e r s 1 9 6 7 、 B u r s t 1 9 6 9 、P e r r y 平l l H o w e r 1 9 7 2 等就开展了粘土矿物古温标的研究 [ T q O ] ，他们对墨西哥湾沿岸蒙脱石脱水转变成伊利石的机制和阶段作了广 泛而深入的研究，结果表明蒙脱石一伊利石系列可用作标定沉积岩成岩 作用程度和古地温的指标。日本学者青柳宏- - A o y a 百 1 9 8 0 ，1 9 8 4 ⋯1 “、 风间利荣 K a z a m a 1 9 8 0 I ‘3 】通过对日本新生代盆地粘土矿物和沸石类矿 物成岩分带的研究，标定了自生矿物分带的温度，认为日本新生代盆地 蒙脱石一伊利石混层矿物和伊利石形成的上限温度分别是1 0 4 ℃和1 3 7 ℃。我国学者汪辑安 1 9 8 8 【1 4 】研究认为蒙脱石转变成蒙脱石一伊利石 混层矿物和该混层矿物转变成伊利石这两个界面的温度在东营凹陷分别 是9 0 ℃和1 2 5 ℃。大量学者研究了伊／蒙问层矿物的结构有序度与其稳定 存在的温度范围，C h iM a 等 1 9 9 2 f 1 咒提出了自生伊利石形成温度与伊利 2 中国石油大学 华东 硕士论文第1 章前言 石结晶度之间的线性关系；S t e f a n oB ． 1 9 9 9 【16 】提出了通过运用X R I 数据 探讨绿泥石地质温度计的方法，得出了面网间距而D ，和温度之间的线性方 程；潘燕宁等 2 0 0 t 【5 】结合前入的成果利用绿泥石成分变化研究了塔 里木盆地的古地温梯度。 有机质成熟度指标也是研究盆地古地温的常用方法之一，由于镜质 体反射率R o 是有机质成熟度的最可靠指标，其大小取决于有机质受热温 度和受热时间，且以温度为主，因而也是盆地古地温研究中的最常用指 标或“温度计”【l ”。其使用方法又主要分为图表法与经验公式法、拟合 计算方法等。国内众多学者也利用R o 古温标开展了众多盆地的古地温研 究。 磷灰石裂变径迹恢复熟史是2 0 世纪八十年代迅速发展起来的新研究 领域，该方法建立在磷灰石所含的U 2 3 8 裂变产生的径迹在地质时间内受 温度作用而发生退火行为的基础之上的。它是盆地热史研究中具有很大 发展前途的一种方法，国内外已有许多学者利用该方法进行沉积盆地热 史研究。 流体包裹体作为一种研究方法起初主要被应用于矿床学研究，1 9 9 3 年美国人N e w h t m s 最早用包裹体均一温度测出了密西西比型闪锌矿矿床 的形成温度。2 0 世纪七十年代以来开始被广泛用于盆地热史的研究【埽】， 流体包裹体在盆地热史中的应用时间并不长，却是一种既简便又经济的 方法，主要用于确定盆地各地质时期地层的古地温和古地温梯度，国内 外有不少学者用流体包裹体古温标研究了盆地的古地温。 牙形石色变指数C A I C o l o r A l t e r a t i o nI n d e x 是由美国地质学家 E p s t e i n 等 1 9 7 7 l ”l 最先研究提出的，由于分析成本低，实用效果好， 是一种经济实惠的测温方法，也被人们广泛应用。1 9 8 7 年，R e j e b i a n 和 H a r r i s 将牙形石C A I 值补充划分N 8 个等级【2 0 1 ，其指示的古地温范围高达 6 0 0 ℃以上。我国的牙形石C A I 研究大致从1 9 7 9 年开始，研究最早的地区 是贵州‘2 1 ’2 2 1 。之后又有许多学者利用牙形石古温标探讨了众多盆地的古 地温。 1 ，2 ．2 拉曼技术在古地温研究中的应用现状 激光拉曼光谱分析技术是2 0 世纪七十年代开始渗入地学领域的。作 3 中国石油大学 华东 硕士论文第1 章前言 为一种新兴的分子光谱微区分析技术，已成为对沉积岩和变质沉积岩中 碳质微粒受热演化研究的有效方法【2 3 】。胡凯等 1 9 9 3 t 2 4 1 利用激光拉曼 光谱研究了沉积变质岩中有机碳质物的热蚀变特征，发现在各种热蚀变 温度下的有机质物均有两个明显的拉曼频率振动区域即在1 0 0 0 e r a - 。一 2 0 0 0 e r a l 的波数范围内有两个重要的拉曼特征峰，这两个谱峰的位置分 别位于1 5 8 0e m - 1 ．1 6 0 0c m - ’和1 3 5 0C l T I - I ．1 3 8 0c n l o 之间，前者归属于芳香 构型层平面上碳一碳间的振动，又称“石墨峰”；后者起因于无序结构和 结构单元问的缺陷，也称“缺陷峰”。研究发现有机碳质物的拉曼光谱随 其成熟度的增加具有系统性的变化1 6 0 0 e m 。谱峰和1 3 5 0 c m o 谱峰的强 度 高度、半高宽、峰面积 均随成熟度的增加而减弱两谱峰的相对 拉曼频率位置差 分离度 随成熟度的增加而减少，即两特征谱峰的位 置相对靠拢；两谱峰的面积之比则随成熟度的增加而增大。 通过对拉曼光谱的解谱、多元回归数据分析及氧同位素温度的校正， 得出了有机碳质物的1 6 0 0o m 。1 峰面积、1 3 5 0 c m 。1 峰面积、1 3 5 0 锄。峰半 高宽、两谱峰的位置差和两谱峰的面积比值这5 个拉曼光谱参数与热蚀变 温度的关系方程式，建立了一种适用温度范围为2 0 0 - - 4 5 0 ℃之间，有机 碳质物的反射率为2 ．O ％一1 5 ．O ％ R D 的拉曼光谱碳质地温计，并选择了 澳大利亚新南威尔士州的S o u t hM a r u l a n 接触变质作用地区和维多利亚 州的B e n d i g o 金矿化异常区为实例检验了地温计的实际应用，取得了令人 满意的效果。 此外，国内外还有一些学者利用激光拉曼光谱研究有机质的成熟度 进而研究区域的古地温情况。 受方法本身及地质条件、样品条件的限制，每一种研究古地温的方 法都不是万能的，目前的古地温恢复方法都有不同程度的适用性，特别 是在叠合盆地的早吉生代碳酸盐岩地区，既无法找到合适的古温标，盆 地演化的热动力学模型的使用也存在一定困难，有待探索新的古地温恢 复方法。当前，古地温的恢复己逐渐发展为一项多学科结合和交叉的技 术，对某一具体盆地进行分析时，应当根据实际的地质情况具体问题具 体分析，选用合适的研究方法最好能同时采用几种方法进行相互验证 和补充，以达到更好的效果。 4 中国石油大学 华东 硕士论文第1 章前言 1 ．3 研究内容和方法 本文主要介绍了几种古温标的研究方法与原理，并利用粘土矿物地 温计研究了潍北凹陷的古地温情况，同时结合其他的古地温研究方法进 行了潍北凹陷古地温的对比研究，证实了粘土矿物地温计在潍北凹陷古 地温研究中的应用价值，此外，激光拉曼光谱分析技术已经成为地质学 研究中的重要手段之一，本文利用激光拉曼光谱技术进行了古地温研究 新方法的探索，探讨了粘土矿物随温度变化发生的拉曼特征变化，初步 建立了粘土矿物拉曼特征参数与温度之间的函数关系，为今后利用拉曼 光谱深入开展地温计的研究与应用打下了基础。 为完成论文，笔者主要做了以下几个方面的工作 1 ．查阅文献1 0 0 余篇，其中外文文献超过6 0 篇； 2 ．学习了激光拉曼光谱分析技术的基本原理和方法，熟悉了仪器的 操作 3 ．学习了流体包裹体的基本理论和测试方法以及冷热台的基本原 理，熟练掌握了冷热台的调整和操作 4 ．收集粘土矿物样品多个，对其进行了多温度点下的拉曼光谱测 试，获取了近2 0 幅拉曼谱图，并初步建立了拉曼特征参数与温度之间的 函数响应； 5 ．收集岩芯样品近1 0 个，制成包裹体薄片在显微镜下进行观察， 测试了近百个流体包裹体的均一温度，初步确定了各自的形成温度，便 于与其他方法得出的结果进行对比； 6 ．对潍北凹陷的古地温进行了多方法的研究，采用多种粘土矿物古 温标与其它古地温研究结果进行分析和对比，取得了比较一致的结论。 5 中国石油大学 华东 硕士论文 第2 章粘土矿物地温计基本原理与使用方法 第2 章粘土矿物地温计基本原理与使用方法 2 ．1 概述 粘土矿物是大部分地质环境中最丰富的矿物，研究粘土矿物的成岩 转化对油田勘探、成岩作用及低温变质作用具有十分重要的意义。粘土 矿物的组成、化学成分、结构有序性、结晶度及粘土矿物的转变等特征 可以反映它们形成时的物理化学条件。泥岩和页岩的研究已证明岩石埋 藏的深度是粘土矿物发生变化的主要制约因素【2 ”。粘土矿物的特征与埋 藏深度和温度之间的关系提供了～个粘土矿物作为地质温度计的基础， 尤其是在沉积岩中的粘土矿物组合普遍用来确定埋藏成岩作用的程度， 而且某些粘土矿物的出现和消失可直接作为温度指示性矿物。 一般说来，岩石中的粘土组分有三种类型的化学或结晶学上的变化 能够用来表征结晶温度 1 在沉积物埋藏变质过程中和地热场岩石中的热变质作用过程中 的粘土矿物集合体的变化。但是，只有两个边界矿物的形成温度能够被 估计，大大因此限制了它的使用。 2 某种特殊矿物的结晶学特征的改变。像能够观察到的连续性的 有序混层矿物的x 射线衍射轨迹，或是伊利石的结晶度指数。 3 粘土矿物化学组分的变化。这种情况下，粘土矿物不会是源自 几种不同的粘土矿物的机械或结构上的混合，只要寻找出粘土矿物的组 分作为温度的函数，就可以利用组分的变化来研究温度的变化。下面将 详细阐述利用上述三种类型的变化来表征温度的方法与原理。 2 ．2 伊利石／蒙脱石组合地温计 自然界中存在蒙脱石一蒙脱石／伊利石混层矿物一伊利石这样一个矿 物转化序列，在埋藏成岩过程中，膨胀的蒙脱石分阶段脱去层间水，同 时，K 十、C a 2 、M 9 2 、F e 2 等阳离子进入层间或结构层中，使蒙脱石最 终转变成伊利石 云母类矿物 。一般用表征I ／S 间层结构特征的参数R R e i c h w e i t e 描述I ，S 问层结构中S 晶层与I 晶层沿c 轴的堆垛情况，R 代表间层序列中同种晶层出现所必需间隔的层数。当I 晶层与S 晶层完 6 中国石油大学 华东 硕士论文第2 章粘土矿物地温计基本原理与使用方法 全随机排列，即完全无序时，R 0 或以‰表示 。当I 晶层含量小于 5 0 ％时，多属于＆这种类型。当晶层 5 0 ％时，常呈现晶层排列的有序化， 这时根据同种晶层出现所必需间隔的层数又可将有序化的I ／S 分为三种 情况 1 R I 或以R ，表示 ，即I S 型有序化，一般I 晶层含量多在 5 0 一8 5 ％之间； 2 R 一2 或以R 2 表示 ，即1 S I 型有序化； 3 R ≥3 ，即 I S I I 型有序化，I 晶层含量多高于8 5 ％t 2 6 1 。上述R l 、R 2 、R 3 中的l 、2 、 3 分别表示F S 、特别是其中有序化矿物中S 晶层重复所必需间隔的层数。 S r o d o n 等 1 9 8 4 [ 27 】对伊利石和I ／S 矿物作了详细的研究后指出，自然 界中I S I 型即R 2 时是很少见的。 大量学者对蒙脱石脱水最终转变成伊利石的机制和阶段及其与泥岩 压实和油气形成、运移和聚集的关系作了广泛而深入的研究，认为蒙脱 石转化成伊利石有一定的埋藏深度和范围，蒙脱石一伊利石系列矿物可以 用作成岩作用程度和古地温的指标；A o y a g i 和K a z a m a 1 9 8 0 ⋯】等研究 了日本新生代盆地粘土矿物和沸石类矿物的生成温度，认为蒙脱石转变 为蒙脱石一伊利石混层矿物时所需的温度为1 0 4 ℃，蒙脱石一伊利石混层矿 物转变成伊利石时所需的温度为1 3 7 ℃。王行信和辛国强 1 9 8 0 研究了 松辽盆地的蒙皂石、伊蒙混层和伊利石出现时对应的镜质体反射率【2 刖， 由R o 值与古地温的关系推测蒙皂石、伊蒙混层和伊利石出现时的古地温。 即松辽盆地白垩系泥岩中的蒙脱石向蒙脱石／伊利石混层矿物转化的温 度和深度是6 5 ～7 0 “ C 及1 2 0 0 ～1 3 0 0 m ，混层粘土矿物最终变为伊利石的温 度在1 7 0 ～1 7 5 ℃。汪辑安 2 0 0 石 ’该温度适于白垩纪至第三纪盆地 M aC h ia n dP ．R ．L ．B r o w n e 1 9 9 1 [ 3 5 1 根据H a r v e y 等 1 9 9 1 的原始数 据，建立了伊／蒙混层中伊利石的百分含量与形成温度的线形表达式 Y 0 ．3 4 2 2 ．7 3 7 1 0 1 T 2 6 式中，Y 表示伊／蒙混层中伊利石的百分含量，T 表示形成温度。 2 ．3 伊利石结晶度地温计 2 ．3 ．1 伊利石与结晶度 伊利石 I l l i t e 这个名词首先是G r i m 1 9 3 7 提出的，作为泥质沉积物 中粘粒云母的通称。后来在已确认的伊利石中发现了间层矿物，因而它 成了一个不太确切的名称。B r o w n 1 9 6 1 在其粘土矿物命名体系中把由云 母向蛭石和蒙皂石转变的一切矿物总称为水云母，其中包括伊利石【3 6 1 。 须藤俊男 1 9 7 4 则把这类矿物总称“云母粘土矿物”1 3 7 1 。2 0 世纪8 0 年代， B r i n d l e y 等 1 9 8 0 进一步建议，伊利石应只用于不具膨胀层的1 0 A 粘土矿 物[ 3 8 1 。在原苏联的文献中，与伊利石相当的名词一直是水云母。后来， B a i l e y 1 9 8 4 在1 9 8 2 ～1 9 8 3 年粘土命名委员会的报告中建议。“伊利石” 作为矿物种名称保留，其含义是不蟛胀- - J k 面体的，成分类似多硅白云 母，每个分子式八面体片负电荷0 ．2 ～0 ．3 ，层间阳离子空位 或水分子 9 中国石油大学 华东 硕士论文第2 章粘土矿物地温计基本原理与使用方法 0 ．2 ～O ．4 ，最大层电荷为0 ．8 ，代表性分子式为 K o7 5 A 1 1 ．7 水2 02 5 S i 35 0 A 1 0 5 0 O M O H 2 ，其中R 离子以A l 为主，也可以有少 量M g 、F e 代替。随后，S r o d o n 等 1 9 8 4 将伊利石定义为不膨胀的、二 八面体、铝的、钾质的以粘土粒级 小于4 pn 1 产出的类云母矿物[ 2 ”。 S r o d o n 的这个定义使伊利石区别于伊利石和其他矿物的混层矿物， 如伊利石／蒙脱石混合层矿物，或伊利石／蒙脱石／绿泥石混合层矿物1 3 9 ] 。 但W i l s o n 1 9 8 7 利用x 射线衍射等手段对大量粘土矿物研究成果中指出， 伊利石中可以包含l O ％一下的蒙皂石膨胀层[ 4 0 】。因而，伊利石的定义中 也包含了具有少于1 0 ％混合层的矿物。由上述可知，B a i l e y 和S m d o n 等所 限定的伊利石范围是较狭窄的，实际上，自然界中存在着由蒙脱石到伊 利石／蒙脱石 I ／S 间层矿物到云母的矿物演化系列，从成分到结构都具 有连续变化的特点，通常所说的伊利石、水云母常带有一定的随意性， 它们代表了云母N I ／s 之间的矿物，并且常含有～定的膨胀层，如果详细 测试，某些样品本身就是含有高伊利石层的I ／s 间层矿物[ 2 6 l 。因此，为了 叙述的方便，本文将狭义的伊利石和伊／蒙问层矿物这一类伊利石类矿物 一起简称为伊利石。 严格意义上来讲，根据结晶学的定义，一个矿物结晶的好坏程度 即 结晶度 应该是晶体结构中结点上原子或离子规则排列的延续状况的描 述。这种状况不仅包括晶体内部是否存在空缺、错断、扭曲，而且还包括 在三维空间的延续距离的大小【4 ”。一个晶芽可以是原子或离子完全规则 排列，没有空缺、错断、扭曲的完整晶体，但其在三维空间的延续是非 常有限的，因而其结晶程度不能称好，其衍射效应也不好 衍射现象不 清楚，或衍射峰宽缓 。同样，一个大晶体，如其内部原子、离子的排列 偏离规则，充满空缺、错断、扭曲，其结晶程度亦不能称好，其衍射效 应必然也不好。只有内部完整，同时又具有相当的三维空间延续的晶体， 才称得上是结晶度好的 结 晶体，其x 射线衍射效应才好 衍射现象清 楚，衍射峰狭窄 [ 4 2 ]