朱政源等

摘 要：海綠石作為沉積學領(lǐng)域研究中的一種重要礦物，其成因至今尚無定論。通過總結(jié)前人關(guān)于海綠石的形成機理、地質(zhì)條件以及沉積模式，并結(jié)合現(xiàn)代洋底的海綠石，綜合歸納探討可能的成因。此外，文章簡述了海綠石的鑒定特征及其在地學領(lǐng)域的幾種應用。

關(guān)鍵詞：海綠石；鑒定特征；地質(zhì)條件；成因

1 概述

海綠石的歷史發(fā)展至今已有近兩百年的歷史。1823年，Brongniart首先使用“l(fā)a glauconite”一詞大致給予命名，五年后，Keferstein正式給予該礦物命名為海綠石。1882年，Dana細致的研究該礦物，并得出了海綠石的基本物理性質(zhì)和顯微鏡下的光學性質(zhì)（王玉文，1979）。

海綠石是一種生成于海洋環(huán)境中的含水的鉀、鐵、鋁硅酸鹽礦物，晶體屬于單斜晶系的層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。在沉積學領(lǐng)域，它是一種重要的指相礦物，成因復雜，對于探索研究以及在實際工作中的運用具有重大意義。通常認為形成于水深在15m至大陸架之間，有機質(zhì)豐富的溫暖淺海區(qū)（徐寶政，1982），也有學者認為海綠石形成于水深100～300米的淺海環(huán)境，并伴隨著緩慢的沉積及蒙脫石的存在。通常后者的觀點被普遍接受和運用。通過研究海綠石可以推測古海洋環(huán)境、確定地層層序、提供地層劃分和對比的參考依據(jù)、確定不整合面及相應的沉積間斷，以及測定地層的絕對年齡（K-Ar法和Rb-Sr法）；此外，海綠石可以用于評價生油條件，從而在石油地質(zhì)工作中指導勘探（王玉文，1979）。

除了地質(zhì)領(lǐng)域的應用，海綠石作為一種極具潛力的資源，應用于其他許多領(lǐng)域。例如農(nóng)業(yè)方面，海綠石可用于提取鉀原料；在工業(yè)方面，其可用于生產(chǎn)凈水劑以及隔熱材料等。此外，海綠石具有一定的粘土礦物性質(zhì)，可用于處理放射性廢物而應用于環(huán)保領(lǐng)域。

2 海綠石的基本鑒定特征

根據(jù)礦物光性鑒定手冊，海綠石的K2O含量為3.7%-7.8%，?；煊蠱n、Li等雜質(zhì)，有時還含有機械混入物形式存在的磷酸鈣物質(zhì)。它的物理性質(zhì)包括自形晶少見，常呈細粒狀或土狀集合體。通常為圓粒狀、腎狀。常具放射狀結(jié)構(gòu)形成紡錘蟲殼或鐵鎂礦物的假象。解理{001}完全。顏色為不同色調(diào)的綠色，如孔雀綠、鮮綠、褐綠等。硬度2-3，比重2.2-2.9。

海綠石的鏡下鑒定是常用的重要手段，其光學性質(zhì)為：在單偏光鏡下呈淺綠色，變化后可呈褐色，多色性表現(xiàn)為：Ng=褐黃-深橄欖綠-褐綠；Nm=褐黃-深橄欖綠-藍綠；Np=深藍綠-淺黃綠-綠黃。吸收性公式為：Ng=Nm>Np，少數(shù)為Ng=Nm

海綠石可次生變化為褐鐵礦和針鐵礦，鑒定特征以顏色、形態(tài)和聚合偏光等為主要特征。它是沉積巖的特征礦物，分布于海相沉積巖中，如砂巖、粘土、碳酸鹽巖石、磷塊巖等，以及存在于300-500m深處的淤泥和砂中，構(gòu)成綠砂、海綠石砂巖、海綠石灰?guī)r及泥灰?guī)r，與其共生的礦物有碎屑石英和長石、膠磷礦、伊利石及別的粘土礦物和方解石等。在沉積巖中發(fā)現(xiàn)的小球狀物質(zhì)，Burst（1958）指出這種物質(zhì)主要有四種類型：（1）有良好次序的單一層海綠石；（2）海綠石-蒙脫石互層；（3）粘土物互層；（4）礦物的混合物，為伊利石和蒙脫石或伊利石和綠泥石。

海綠石有一個變種是值得注意的，即綠鱗石，成分類似海綠石，含較多的Fe2+、Mg，少量Fe3+和Al，屬于單斜晶系，呈鱗片狀、纖維狀、土狀或放射狀。薄片中具多色性，Ng=Nm為翠綠色，Np為無色或淺黃色。正中突起，最高干涉色為二級，平行消光，正延性。屬二軸晶負光性，有時干涉圖近似于一軸晶。見于基性巖的空洞中，有時可交代普通輝石形成假象。共生礦物有方解石、皂石、綠泥石等，有時與海綠石不易區(qū)別，可用紅外光譜分析鑒定。

3 海綠石的成因

在碎屑巖中，海綠石呈圓形或腎形等綠色小鱗片集合體等產(chǎn)出。海綠石既可以呈小鱗片集合體充填在孔隙中，也可以構(gòu)成碎屑石英的外膜或磷質(zhì)結(jié)核的皮殼，或充填在碎屑顆粒的裂隙中，亦可交代硅質(zhì)和鈣質(zhì)生物殼，還可充填到有孔蟲的房室中等，海綠石的生長常伴隨有磷質(zhì)沉積物（Bentor，1965）。姜在興（2010）認為海綠石形成于同生成巖階段，它是在Fe3+/Fe2+保持一定的比值，pH=7-8，Eh=0-100mV緩慢沉積的條件下產(chǎn)出的，一個直徑2mm的海綠石約需100～1000年才能形成，并且處于5-25℃之間較冷的水溫條件。而目前比較流行的認知是：海綠石由鐵鎂礦物海解作用生成，現(xiàn)代形成海綠石的海底水溫為15℃。

3.1 海綠石的形成機理

Gilles（1983）在他的論文中提出，被人們廣泛接受的Burst和Hower的海綠石化作用模式要求一種退化的云母狀的（2：1層狀格子構(gòu)造）原始粘土礦物。但通過許多近代海綠石樣品的詳細分析表明，這樣種情況十分少見。因此，對于這個模式需要一定的修正。Gilles認為，原始物質(zhì)都是碳酸鹽顆粒、泥質(zhì)糞粒、有孔蟲介殼的充填物以及各種各樣的礦物顆粒和巖石碎屑，而后它們逐漸變成一般常見的綠色顆粒。

同時，他認為海綠石化作用是通過底層孔隙中的自形雛晶自生加大并伴隨著蝕變和交代完成的。正是這種雙重的演化造成了粒狀底層、大型化石和硬土的“綠色化”（來源于法語Verdissement）。自生礦物是富鐵貧鉀的海綠石蒙脫石，當新的蒙脫石在殘留孔隙中生長時，早期形成的蒙脫石由于鉀的加入而受到改造，形成了一些膨脹性遞降的礦物并以一種不膨脹的海綠石云母作為端元組分。海綠石礦物族這種礦物學上的變異性說明了為什么海綠石的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)會有很大的變化。一般可以劃分出四種類型的海綠石，即初生、稍發(fā)育、發(fā)育和高度發(fā)育的海綠石。

海綠石化作用最有利的條件為半封閉的環(huán)境，其主要受兩方面控制：一是顆粒的自然封閉程度，二是與海水的離子交換平衡。顆粒內(nèi)部較之外圍更易海綠石化，而大顆粒相比小顆粒也更有利于海綠石化。從海綠石的形成角度分析，如果堆積速率不高，則顆?？梢蚤L期處于海洋環(huán)境的作用之中，可持續(xù)受到相應的元素及碎屑物質(zhì)的補給，達到高度發(fā)育與平衡。

3.2 海綠石形成的地質(zhì)條件

海綠石的原始母質(zhì)一般為云母類礦物，也可能為淤泥（富Fe），形成的地質(zhì)條件可以基于多種角度分析，主要包括溫度、鹽度、深度，以及氧化還原作用等方面。

3.2.1 溫度

Takahashi（1939）通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，海綠石所分布的水溫通常不低于15℃，而冷水環(huán)境中較少見。McRae（1972）通過研究，對水溫下限15℃表示認可，認為溫度上限大致為20℃，而超過上限的溫暖海水則可能生成綠泥石。

3.2.2 鹽度

Takahashi（1939）認為海綠石的形成只需正常鹽度的海洋環(huán)境即可。由于母質(zhì)經(jīng)過水化，失去部分Al、Si、Na元素，成為硅酸鹽凝膠，因此最后吸收了Fe3+、K+和Mg2+，便可形成海綠石。

3.2.3 深度

前人的研究認為海綠石不能作為指深礦物，因其形成的水深范圍大，淺為數(shù)米，深達千米。通常認為由于一定深度之上易受海浪影響，海綠石形成的水深應大于15米，而在不同地區(qū)，受表層海水水溫影響，深度也不盡相同，例如熱帶地區(qū)的海水表層溫度普遍高于其他地區(qū)，因此海綠石多形成于250m以下（Porrenga，1968）。而在非熱帶地區(qū)，由于受陽光影響不強，表層水溫降低，海綠石可形成于30m的區(qū)域（Cloud，1955；Porrenga，1968）。而McRae于1972年提出，海綠石若發(fā)現(xiàn)深度超過400m，則其并非原地生成，而是搬運成因。

3.2.4 氧化還原作用

Emery在1969的文章中提出，海綠石應形成于還原環(huán)境，因為其常與磷灰石共生。此外，海水通常富Fe3+，而海綠石中的Fe2+說明其為還原反應的產(chǎn)物。而氧化還原電位方面，McRae（1972）通過研究認為，海綠石最適合于Eh=0左右的環(huán)境生成。

3.3 海綠石形成模式

蘇聯(lián)科學家卡扎科夫（1982）通過研究發(fā)現(xiàn)海綠石的成形方式，該專家認為有機物與鐵單質(zhì)進行絡(luò)合反應形成懸浮物和鐵絡(luò)合物，接著河水將其從沖蝕區(qū)帶至海岸相帶（0-25公里范圍內(nèi)），并發(fā)生沉積作用，由于有機物的濃度較低，再加上絡(luò)合及水解兩個反應間的相互競爭，導致可溶絡(luò)合物的比例降低，使得鐵以氫氧化物的離子形式進行沉淀，進而形成的海綠石具有鐵化物的某些特性（莫耀支，1984）。

相對于鐵來說，有機物與鋁的絡(luò)合反應不夠強烈，所產(chǎn)生的物質(zhì)以可溶鋁的水合絡(luò)合物、膠狀氫氧化鋁以及微小懸浮物的形式進入海盆地中。根據(jù)自身的性質(zhì)特點與相關(guān)的水文動力學原理，他們通常流到遙遠的沉積盆地區(qū)并與泥質(zhì)巖共同沉淀。由于可溶鋁轉(zhuǎn)化為懸浮物要比懸浮鋁的沉淀速度要慢得多，因此這些可溶鋁具有較快的移動速度。

海綠石中含有的鉀元素，主要從海水中獲取。海綠石在形成過程中，當處在凝膠狀或是未完全結(jié)晶化時，由于它周圍的沉積物頻繁的進行沉積與沖洗交換過程，致使其與海水接觸的機會大大增多，最終造成海綠石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有部分被鉀元素填充。

海水溶液中可能含有SiO2，因為可溶性二氧化硅與水形成的單硅酸溶液以及膠狀態(tài)的二氧化硅很容易滲透到海盆地中?？茖W證實，凡是能夠與硅酸根形成硅酸鹽的陽離子都能造成非晶質(zhì)SiO2的溶解度的下降，一旦達到過飽和狀態(tài)，就會從溶液中析出。對非晶質(zhì)SiO2的溶解度起到抑制作用的所有陽離子中，鋁的抑制作用最強，故溶解度降低的程度越大。不在海盆地的區(qū)域中，鋁化合物形成的同時能夠析出硅酸物質(zhì)顯然是理所當然的現(xiàn)象。因此，海綠石結(jié)構(gòu)中一旦存在海水陽離子，就能起到SiO2沉降作用。由此可以推出，在海洋沉積的作用下，特別是成巖作用下，外加合適的化學環(huán)境，就能發(fā)生金屬陽離子與有機物或是水絡(luò)合反應，產(chǎn)生大量的金屬絡(luò)合物和水合絡(luò)合物。正是因為這些陽離子絡(luò)合物的存在，才有了海綠石的產(chǎn)生。

從上述可清楚的看出海綠石溶液的形成過程，是一種化學反應的結(jié)果，而且它也足以解釋海綠石形成方式。然而，在某些特殊情況下，也不排除鋁硅酸鹽尤其是鐵鎂硅酸鹽（如輝石、綠泥石、黑云母等）形成海綠石的可能性。根據(jù)海綠石的形成原理可以推測出鐵蒙脫石與多水高嶺石類型的原始物質(zhì)因其內(nèi)部含有鋁硅酸鹽骨架能夠在任何海洋盆地的沉積物中存在。但是，要想形成真正的海綠石，就必須有外力推動蒙脫石與多水高嶺石的強烈的海綠石化效應，所以必須具備鐵的析出與它的沉降作用保持平衡這一條件。作為海綠石，怎樣判斷它是屬于鐵質(zhì)與鉀質(zhì)還是鋁質(zhì)與硅質(zhì)的屬性，最關(guān)鍵的一點是看沉積物沉降與成巖過程進行時的介質(zhì)所處的化學環(huán)境以及溶液中相關(guān)元素的濃度。

3.4 現(xiàn)代海洋中海綠石的成因

Logvinenko（1984）認為現(xiàn)代海洋沉積物中的海綠石主要來源于古老巖石，其并非自生礦物，而屬于他生。這種海綠石主要為含有海綠石的巖石和沉積物受海浪侵蝕作用的產(chǎn)物。因此，現(xiàn)代海洋中的海綠石的分布大多數(shù)與水溫和水深等條件無關(guān)，而與含有海綠石的巖石或沉積物的分布相關(guān)。此外，自生海綠石也可見于現(xiàn)代沉積，但是并不常見。因此，自生海綠石的分布情況尚無確定結(jié)果，其主要為間隙水溶液和粘土礦物蝕變的綜合結(jié)果。

4 海綠石的應用

海綠石作為沉積學領(lǐng)域的研究中的一種重要礦物，其應用廣泛，且不僅限于研究領(lǐng)域，也涉及到工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，作為礦產(chǎn)資源加以開發(fā)和利用。以下對其在地質(zhì)方面的主要應用作簡要介紹。

4.1 海綠石的分布意義

趙全基等人（1992）通過對我國陸架海綠石的分布調(diào)查發(fā)現(xiàn)，自生海綠石的成熟度與沉積物形成的時間早晚相一致。海綠石的成熟度越低，顏色越趨于單色，反之，海綠石的成熟度越高，顏色越趨于雜色。該發(fā)現(xiàn)與海侵海退的過程也是符合的，在海侵之前形成的海綠石為黑褐色，海侵之后形成的主要為黃綠色。

4.2 海綠石的指相問題

中國科學院南京地理與湖泊研究所曾對撫仙湖的海綠石做分析，通過對研究區(qū)38個沉積物進行抽樣檢測，發(fā)現(xiàn)其中28個含有海綠石，含量占有率為0.8%-14.5%，平均含量為2.51%。撫仙湖海綠石的形成是湖泊自身發(fā)生化學反應的一種結(jié)果。湖泊表層湖水水溫平均在18.3℃左右，且水位越深，水溫變化幅度越小，而壓力不斷增加。當處在30m深處，全年水溫在13.7℃至17℃之間，壓力快達到4個大氣壓；水超出100m深時，常年水溫基本維持13℃，壓力在10個大氣壓以上，溫度幾乎不變化以及較大的水壓同海底環(huán)境極為相似。撫仙湖水的化學物質(zhì)成分、海底水與表層沉降物的pH值和Eh值都有助于海綠石的形成，湖水交換采用垂向上的方式進行，從而為表層沉積物創(chuàng)造弱氧化的環(huán)境，對Fe富集有利。撫仙湖處在特定的環(huán)境下，能夠為海綠石的形成提供一些基本條件（李東明等，1996）。

80年代后，海綠石也發(fā)現(xiàn)于為松遼盆地的泰康湖灣，屬于陸相地層，主要的層位是下白堊統(tǒng)青山口組二、三段。青山口組一段、二段、三段的由來可以歸結(jié)為沉積的結(jié)果，分別處在不同時間段，一段處在湖侵最大時期，二段處在湖水變淺時期，三段則處在湖岸線后退時期，盆地北東與北西分布著水下砂洲亞相與席狀砂亞相，其中前者富集較多的海綠石。沉降物中隱藏著大量的生物化石，大部分屬于淡水生物，少量屬于微咸水或是半咸水生物。海綠石的出現(xiàn)地常伴隨著輪藻的出現(xiàn)（被公認的淡水生物的代表之一）。通過青山口組二、三段氯離子濃度的調(diào)查也證實了其與陸相淡水沉積物的特征相吻合（邢順等，1982）。

蔣恬過去以遼河段陷下第三系為研究對象，對海綠石的特征與分布狀況進行了調(diào)查分析，說明此區(qū)域的海綠石不是海水相態(tài)變化的結(jié)果。而認為成因的最大可能性是來自大民屯凹陷。并對32口井進行了分析，有27口井存在海綠石，分布在第三系的各個組段，這些底層都存在具有代表性的陸相化石，故此地層出現(xiàn)的原油都具有高蠟原油（成因來自于陸相）的特征。

對海綠石的認知，李東明等人（1996）進行了總結(jié)，并指出海綠石長時間來被當作特定海洋環(huán)境的指相礦物的這一觀點伴隨著陸相海綠石的出現(xiàn)需要做出一定的修正。海綠石的存在環(huán)境可以是多樣化的，可以分布在陸相湖泊的現(xiàn)代沉積物中，也可以分布在陸相沉積地層中，可以產(chǎn)于陸相淡水湖泊中，也可以產(chǎn)于鹽含量高的陸相咸水湖泊中。所以，海洋環(huán)境不是海綠石形成的唯一環(huán)境，不能將海綠石只看成是海洋環(huán)境的指相礦物。

4.3 海綠石在層序地層學中的應用

葛銘等人（1995）首次在寒武系地層中找到海綠石凝縮段，并通過研究證明，它是克拉通盆地識別最大海泛期和進行層序地層對比的關(guān)鍵，可以應用海綠石凝縮層及其相帶建立年代地層格架。以他們的研究為例，所發(fā)現(xiàn)的凝縮段具有多種含海綠石的巖石類型，包括細砂巖、粉砂巖、顆?；?guī)r、生物灰?guī)r、粘土巖以及風暴礫屑灰?guī)r。

通過對該凝縮段的研究，葛銘等人認為其位于淺海和陸棚區(qū)，基本符合海綠石形成的水深環(huán)境，并根據(jù)凝縮段及海綠石的類型和特征等因素，將該凝縮段劃分出三個相帶：內(nèi)陸棚凝縮層相帶，其中包括海綠石砂巖-粉砂巖亞相和海綠石鮞狀灰?guī)r亞相；中陸棚凝縮層相帶，其中包括海綠石質(zhì)生屑灰?guī)r亞相和海綠石質(zhì)類球?；?guī)r亞相；外陸棚的凝縮層相帶，其中包括硬地型海綠石亞相（又稱海綠石硬地構(gòu)造相）和含顆粒泥晶-泥質(zhì)凝縮層亞相。此外，葛銘等人總結(jié)出穩(wěn)定的開闊海環(huán)境并伴隨著無沉積或極低的沉積速率是海綠石凝縮段形成的最佳環(huán)境，該時期對應了海平面變化的最大海泛期。因此，海綠石凝縮段的研究對于確定年代地層格架具有重要的意義。

5 結(jié)束語

（1）海綠石是一種在沉積學研究中的重要礦物，常呈細粒狀或土狀集合體。通常為圓粒狀、腎狀，常具放射狀結(jié)構(gòu)形成紡錘蟲殼或鐵鎂礦物的假象，顏色為不同色調(diào)的綠色，如孔雀綠、鮮綠、褐綠等。顯微鏡下觀察，在單偏光鏡下呈淺綠色，變化后可呈褐色，具正中突起，在正交偏光鏡下呈二級的干涉色，常為聚合偏光。

（2）Gilles認為海綠石化是通過底層孔隙中的自形雛晶自生加大并伴隨著蝕變和交代完成的，海綠石化作用最有利的條件為半封閉的環(huán)境，其主要受顆粒的自然封閉程度及與海水的離子交換平衡兩方面控制。

（3）關(guān)于海綠石的成因，不同的學者有不同的看法，至今尚無定論，一般認為它是由無機礦物或有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來。海綠石的分布多集中在100～500m的大陸架和大陸坡上部，若深度超過400m，則可能是搬運成因。海綠石形成的最佳水溫為15-20℃之間較溫暖的水域，環(huán)境以還原為主。

（4）蘇聯(lián)學者卡扎科夫指出，在海洋沉積的成巖作用下，若有合適的化學環(huán)境，則金屬陽離子與有機物或是水絡(luò)合反應，產(chǎn)生大量的金屬絡(luò)合物和水合絡(luò)合物，進而才有了海綠石的產(chǎn)生。而海綠石的類型取決于沉積物沉降與成巖過程進行時的介質(zhì)所處的化學環(huán)境以及溶液中相關(guān)元素的濃度。

（5）關(guān)于現(xiàn)代海洋沉積物中的海綠石，Logvinenko認為屬于他生海綠石，主要來源于古巖石，而并非自生礦物，是含海綠石的巖石和沉積物受海浪侵蝕作用的產(chǎn)物。而自生海綠石很少見于現(xiàn)代海底沉積物中，分布區(qū)也尚不清楚。

（6）海綠石的應用廣泛，不僅存在于地質(zhì)研究領(lǐng)域，還涉及到工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。在地質(zhì)研究領(lǐng)域中，主要用于討論地質(zhì)意義、分析海陸相以及層序地層建立等諸多方面。

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