伊利石结晶度研究进展之一

伊利石结晶度研究进展之一张立飞（北京大学地质学系，１００８７１）伊利石结晶度系指伊利石晶体的结晶程度，通常是用其１０×１Ｏ￣（－１０）ｍ峰的特征来标定。伊利石结晶度是目前研究成岩作用和很低级变质作用演化常用的结晶指数。近年来随着粘土矿物学研究的深入，...     

伊利石的结晶度及其地质意义综述

根据伊刊石第一级底面反射峰即d=10?峰的形状和特征,本文综述了不同作者测定伊利石的结晶度从而判别其结晶程度的几种方法,在此基础上,对伊利石不同结晶度指数及变化在地学上的应用作了较为详细的总结。     

关于伊利石结晶度诸指数的评价

本文根据结晶学原理、Ｓｃｈｅｒｒｅｒ定律、Ｗａｒｒｅｎ－Ａｖｅｒｂａｃｈ理论和Ｘ射线衍射峰形态学原理提出任何衍射峰都是由五个基本要素组成的,即：衍射峰位置;最大衍射强度;半高宽;衍射峰形态和对称性。各衍射峰要素都具有其自身的物理学意义,其中,只有半高宽和衍射峰形态是与晶体内部结构和大小即结晶度相联系的。据此,分析评价了与Ｘ射线衍射相关的Ｋüｂｌｅｒ指数、Ｗｅｂｅｒ－ＤｕｎｏｙｅｒｄｅＳｅｇｏｎｚａｃ－Ｅｃｏｎｏｍｏｕ指数、Ｗｅａｖｅｒ指数、Ｍｉｌｉｅｒｓ指数、Ｗｅｂｅｒ指数、分解ＨＷ及纯Ｃ轴厚度等伊利石结晶度指数的理论基础、使用前提和条件、特点及误差源。指出Ｋüｂｌｅｒ指数、Ｗｅｂｅｒ－ＤｕｎｏｙｅｒｄｅＳｅｇｏｎｚａｃ－Ｅｃｏｎｏｍｏｕ指数和分解ＨＷ为非条件性单一结晶度指数;Ｗｅａｖｅｒ指数、Ｗｅｂｅｒ指数和高宽比为条件性单一结晶度指数;消除晶体内部微应变影响的ｃ轴厚度为全面描述伊利石结晶度指数;而Ｍｉｌｉｅｒｓ指数不可描述伊利石结晶度。     

关于伊利石结晶度Kubler指数的误差计算

本文讨论了测量Ｋｕｂｌｅｒ指数时产生的误差来源;提出以统计学方法描述“Ｓｔｒｉｐ型”衍射峰的半高宽度及其误差大小;以衍射强度、衍射峰形态与测量条件关系式描述“Ｄｉｇｉｔａｌ型”衍射峰半高宽的测量误差大小。并特别提出了数字化衍射仪平滑操作产生的误差原理和总体趋势。提出的原理及公式,不仅适合半高宽的误差计算,并可用于数字化光谱分析计算中。     

基于伊利石结晶度的大型深层滑坡活动模式分析

滑坡是岩土之间的剪切摩擦过程。滑体与滑带摩擦生热导致滑带内温度升高,被广泛认为是大型深层滑坡高速活动的主要特征之一。伊利石是粘土矿物中对温度最敏感的矿物。本文借鉴低温变质岩、活断层等领域的研究方法,采用国际上最常用的伊利石结晶度Kübler指数,对比分析了三峡库区黄土坡滑坡、滩坪滑坡和泄滩滑坡3个大型深层老滑坡滑带及其周围岩土内伊利石结晶度指数的变化特征,探讨了这些滑坡的活动模式。根据滑带内伊利石结晶度与周围岩土的相对差异判断,黄土坡滑坡临江I#崩滑体、滩坪碎石土滑坡、泄滩滑坡活动均以缓慢蠕滑为主要方式,黄土坡滑坡临江II#崩滑体可能经历过速度较快的滑移过程。     

青海省河南县三叠系伊利石结晶度与极低级变质作用

在开展“青海省河南县托叶玛地区I47E007023、I47E008023、I47E009023、1I47E009024四幅1:5万区域地质矿产调查”时,为验证该地区三叠系变质情况,针对三叠系中泥岩(页岩)的伊利石结晶度做了分析测试。30件样品的实验结果表明: 北部宗务隆—泽库地层分区三叠系泥岩(页岩)伊利石Kübler结晶度指数为0.312~0.537,晶胞参数b₀为0.898 0~0.903 2 nm,判断其变质温度小于350 ℃,具葡萄石-绿纤石和沸石相; 南部西倾山地层分区三叠系泥岩(页岩)的伊利石Kübler结晶度指数为0.21~0.318,b₀为0.898 1~0.901 4 nm,变质温度主要分布在200~350 ℃,局部>350 ℃,具葡萄石-绿纤石和绿片岩相。研究认为青海省河南县地区区域变质程度较低,为极低级变质作用或者未发生区域变质作用,且南部西倾山地层分区的变质程度略高于北部宗务隆—泽库地层分区变质程度。这一变质相带研究结论与前人认为的“区域低温动力变质作用及低绿片岩相变质带”不一致,变质程度相对更低。该研究证实了在青海省河南县地区三叠系地层中不存在大面积区域变质作用,仅存在极低级区域变质作用。     

关于伊利石结晶度Kübler指数的误差计算

本文讨论了测量Kubler指数时产生的误差来源;提出以统计学方法描述“Strip型”衍射峰的半高宽度及其误差大小;以衍射强度、衍射峰形态与测量条件关系式描述“Digital型”衍射峰半高宽的测量误差大小。并特别提出了数字化衍射仪平滑操作产生的误差原理和总体趋势。提出的原理及公式,不仅适合半高宽的误差计算,也适合于其他衍射参数的分析计算,并可用于数字化光谱分析计算中。     

西峰风尘堆积的伊利石结晶度及古环境指示

黄土高原第四纪黄土伊利石结晶度是东亚夏季风的有效指标,但以前对该指标的研究主要集中在末次间冰期以来的黄土沉积。本文采用X射线衍射技术对西峰第四纪黄土（0~2.6Ma B.P.）和三趾马红土上部（2.6~3.6Ma B.P.）代表性样品的粘土矿物（ < 2μm）进行了测试,结合伊利石化学指数I（002）/I（001）值对伊利石结晶度Kübler指数（KI值）指示的环境信息进行了分析。结果显示,第四纪黄土伊利石结晶度主要继承了原始风尘特征,而第四纪古土壤伊利石结晶度指数KI值均显著高于相邻黄土,与伊利石化学指数I（002）/I（001）值和成壤特征有较好的一致性,表明KI指数可以有效地指示整个第四纪黄土沉积的风化成壤强度,对研究东亚夏季风长期演化具有重要的潜力;上新世三趾马红土KI值较高的特征表明上新世期间我国北方夏季风环流整体上较第四纪时期强盛。进一步分析KI值与I（002）/I（001）值的关系后发现二者具有较好的线性正相关,表明伊利石结晶度的变化是由于风尘堆积在风化成壤过程中,伴随着Fe-Mg离子的不断淋失,伊利石晶体结构发生改变而引起的。

     

伊利石结晶度及其在低温变质研究中若干问题的讨论

文中介绍与伊利石结晶度相关的伊利石矿物新的定名方案;讨论了伊利石结晶度的结晶学基础与Scherrer方程式的关系;讨论了三个重要的伊利石结晶度指数Weaver、K櫣bler和Weber指数的关系,并介绍推导的Weaver、K櫣bler和Weber指数的理论关系式;评价了衍射仪测量条件对结晶度数值的影响和三套伊利石结晶度标样的作用以及成岩带、变质带与葡萄石-绿纤石相、沸石相、绿纤石-阳起石亚相对比的依据。建议(1)停用绢云母一词;(2)建立可供各实验室使用的具有晶体结构和晶体化学参数和多型参数的伊利石结晶度标样;(3)建议多开展规范的可进行国际对比的低温变质研究,划分出与国际上一致的成岩带和近变质带,不仅利于低温变质作用理论的研究,而且由于成岩带到近变质转变带是重要的煤气油的生成带,也利于中国煤气油资源的勘探与开发,利于国民经济的长远持续发展。     

末次间冰期以来黄土中伊利石结晶度的变化与古环境

对环县、长武和渭南3个剖面末次间冰期以来黄土-古土壤样品进行了粘粒（0和S1的KI值自西北向东南呈现逐渐增加趋势,而黄土L1层仅在最南部的渭南剖面呈现较高的值,环县和长武剖面差异不大,均呈现较低的值。综合分析影响黄土KI值变化的各个因素后,认为风化成壤作用可能是影响黄土-古土壤伊利石结晶度指标变化的主要因素,可以作为东亚夏季风环流强度演化的指标。     

应用国际标样对伊利石结晶度测定值的校正及其意义

伊利石的结晶度(IC),又称Kbler指数(K.I.),是指粘土矿物伊利石10×10-8cmXRD峰的半高宽。作为一个变质程度的指标,结晶度广泛用于研究高级成岩—极低级变质—低级变质作用的演变过程,随着变质程度的提高,伊利石结晶度逐渐增大。根据Kbler的建议,近变质带(极低级变质带)上、下边界的伊利石结晶度分别为0.42(°Δ2θ)和0.25(°Δ2θ)。然而,测定伊利石结晶度时,由于缺少国际标样,且各实验室间的样品制备、仪器条件、测试方法也不相同,因而导致获得的数据有较大差别,缺少可比性;因此,使用国际标样对数据进行校正,使各实验室获得的数据都能直接地进行对比,是非常必要的。利用X射线衍射方法测定了由L.N.Warr提供的5个伊利石结晶度的国际标样(其中,4个为岩石碎屑样品,采自英格兰西南部的极低级变质带;1个为单矿物样品,采自印度的花岗岩),获得了校正方程,ICCIS=0.977IC测定值+0.0336(°Δ2θ),R2=0.9835。在实验室内对213件采自国内的样品进行测定,测试条件与国际标样的测试条件相同,利用此方程对测得的伊利石结晶度数值进行校正,证实本实验室对伊利石结晶度的测定具有较高的可信度和国际可比性。     

由伊利石结晶度研究桂西右江地区区域极低级变质作用

运用伊利石结晶度Kübler指数将桂西右江地区下三叠统罗楼群和中三叠统百逢组下段划归为浅层变质带(K.I△2θ°为0.22～0.25);将中三叠统百逢组上段和河口组划归为近变质带,中三叠统百逢组上段为高级近变质带(K.I△2θ°为0.26～0.33);中三叠统上部河口组为低级近变质带(K.I△2θ°为0.38～0.40),不排除局部为成岩带的可能.地层柱自下向上,伊利石结晶度Kübler指数由小变大,变质程度由高变低,而且,变质作用级别与岩层在地层柱中位置协调以及变质带边界与地层界线趋于一致,证明为区域埋藏极低级变质作用.凌云明山金矿区剖面矿体和百逢组各层段伊利石结晶度Kübler指数为0.42～0.50,属成岩带,且没有明显时空变化规律.     

合肥盆地中生界地层的热演化程度——伊利石结晶度的指示

合肥盆地中生界地层的热演化程度以往了解的十分有限。通过盆地内中生界地层一系列自生伊利石结晶度值的测试,揭示地表白垩系地层多数处于成岩作用的晚期,少部分处于成岩作用中期,分别指示其中有机质进入了中—高成熟期或成熟期。钻井中1000m以上地层也处于成岩作用的中期或晚期,类似于地表样品。而钻井中1000m以下所有中生界地层都进入了埋藏变质阶段,指示着有机质的过成熟期。其中1000～3000m深的热演化温度为200～250℃。而3000m以下的热演化温度基本上为250～300℃。这些测试结果为合肥盆地今后的油气远景评价与勘探提供了重要的信息。     

成矿流体对德兴斑岩铜矿床中伊利石结晶度的控制作用

伊利石广泛存在于铜厂大型斑岩铜矿床内,是特征的热液蚀变矿物,其结晶度和膨胀层含量受携带矿质的热液流体量控制。以浸染状强矿化为特征的斑岩体中上部及接触带附近伊利石结晶程度较好,主要是高水／岩比作用的结果。同时指示出伊利石结晶程度好的部位,矿化品位高,蚀变程度也强。     

狭缝系统与伊利石结晶度Kuebler指数的测定及相关问题讨论

根据实验结果,衍射峰半高宽随接收狭缝增大而呈二次工线线性增大。扫描速度与扫描步长的确定应遵守Ｗａｎｇ（１９９４）提出的关系式,并确定在相对误差小于〈５％的范围内。固定样品条件,选定最优实验条件下使用国际标样标定系统偏差是伊利石结晶测量中必不可少的重要步骤。不固定样品条件和实验条件,同一样品的伊利石工值将因条件的变化而不同;固定样品和实验条件而不使用国际标样标定系统偏差,则无法与他人数据进行对比,其     

伊利石结晶度Kübler指数的校正与近变质带的确定

就像用"砝码"标定"称"来测量物质质量一样,伊利石结晶度的测量也需要这样的"砝码"标定它的测量工具——衍射仪,从而能够进行伊利石结晶度的测量和对比。这个砝码就是伊利石结晶度标样或称伊利石结晶度国际标样。第2届Kübler-Frey国际研讨会伊利石结晶度圆桌会议就伊利石结晶度标样和近变质带的确定的问题进行了深入的讨论。会议一致认为,用伊利石结晶度标样校正X射线衍射仪是极为重要和必要的,没有进行标样校正的伊利石结晶度数据将被拒绝发表,经过伊利石结晶度国际标样校正后的伊利石结晶度数据才可用于近变质带的划分和国际对比。本文就伊利石结晶度测量的有关衍射仪类型与差别,衍射仪系统,测量条件,样品的影响和国际标样对仪器的校正等问题进行了分析研究。结果表明不同型号仪器,同型号仪器不同测量条件与状态,样品的不同制备方法都将影响伊利石结晶度Kübler指数的测量。指出只有使用国际标样才可校正测量的伊利石结晶度Kübler指数,从而达到消除偏差准确划分近变质带的标准和进行国际对比的目的。     

狭缝系统与伊利石结晶度Kübler指数的测定及相关问题讨论

根据实验结果,衍射峰半高宽随接收狭缝增大而呈二次曲线线性增大.扫描速度与扫描步长的确定应遵守Wang(1994)提出的关系式,并确定在相对误差小于＜5%的范围内.固定样品条件,选定最优实验条件和使用国际标样标定系统偏差是伊利石结晶度测量中必不可少的重要步骤.不固定样品条件和实验条件,同一样品的伊利石结晶度值将因条件的变化而不同;固定样品和实验条件而不使用国际标样标定系统偏差,则无法与他人数据进行对比,其结果常常错划近变质带的上下界限,造成成岩/变质界限及近变质/浅变质界限的混乱.