粘土矿的改性毕业论文

除变质成因的炭质千枚岩以及绿泥石化千枚岩外，本书所研究的样品都具有强烈塑性变形的特征，如石英的变形纹、亚颗粒、边缘细粒化、核幔构造，云母的膝折，黄铁矿的压力影等，这些都说明它们发生过较强的应变作用。大规模的溶解－结晶在研究中也都可以见到，如石英的动态重结晶和压力影等。不稳定的、变形的矿物溶解以及随后没有变形、相对稳定的矿物的结晶是同构造变质作用的特征(Knipe，1981;Weber，1981)。从绿泥石电子探针的分析结果来看，炭质千枚岩中绿泥石的成分同蚀变超糜棱岩和蚀变糜棱岩以及含金石英脉中绿泥石的成分是不同的，因此，作者认为，蚀变超糜棱岩和蚀变糜棱岩以及含金石英脉中的粘土矿物是热液蚀变的产物。下文将讨论与热液蚀变有关粘土矿物的形成及其与岩石变形变质作用之间的关系。

一、粘土矿物的结晶指数

由表6－1可知，炭质千枚岩、绿泥石化千枚岩中伊利石的结晶度(IC)为～;绿泥石的结晶度(ICH)为～，且绿泥石的结晶度都大于伊利石的结晶度。根据前人对区域变质带的研究结果，它们属于绿片岩相变质带的范畴，而蚀变变形岩石的情况则不同，在蚀变超糜棱岩中，伊利石的结晶度为～，绿泥石的结晶度为～，绿泥石的结晶度大于伊利石的结晶度;在蚀变糜棱岩中，伊利石的结晶度为～，绿泥石的结晶度为～，绿泥石的结晶度小于伊利石的结晶度。这些事实说明，蚀变变形岩石的IC值和ICH值不能够代表剪切带内岩石的变质程度。

二、粘土矿物的平均结晶大小

1.伊利石

根据WINFIT程序Single-line Fourier方法和Warren－Averbach方法分别计算了伊利石的平均大小和晶格应变，结果列于表6－4。

表6－4 江西金山金矿粘土矿物伊利石平均结晶大小和晶格应变

对于绿泥石化千枚岩(H052)来说，由Warren－Averbach方法计算的伊利石结晶的平均大小大于由Single-line Fourier方法计算的结晶大小;而炭质千枚岩(H078)、蚀变糜棱岩(H007，H008，H014，JS003)、蚀变超糜棱岩(H009，H103，JS004)和含金石英脉(H117)则正好相反。在蚀变糜棱岩和蚀变超糜棱岩以及含金石英脉中，伊利石的结晶大小和晶格应变没有明显规律性的变化，但是它们的结晶大小明显小于绿泥石化千枚岩和炭质千枚岩中伊利石的结晶大小。

2.绿泥石

根据WINFIT程序Single-line Fourier方法和Warren－Averbach方法分别计算了绿泥石的平均大小和晶格应变，结果列于表6－5。

表6－5 金山金矿粘土矿物绿泥石平均结晶大小和晶格应变

对于绿泥石化千枚岩来说，由Warren－Averbach方法计算的绿泥石结晶的平均大小与由Single-line Fourier方法计算的结晶大小基本相等;而炭质千枚岩由Warren－Averbach方法计算的结果大于由Single-line Fourier方法计算的结果。在蚀变糜棱岩和蚀变超糜棱岩中由Single－line Fourier方法计算的结果大于由Warren－Averbach方法计算的结果;而含金石英脉则正好相反。

从图6－10可以看出，伊利石和绿泥石表面平均结晶大小对应变强度具有不同响应，伊利石的表面平均结晶大小随着应变强度的增大而逐渐减小，而绿泥石表面平均结晶大小随着应变强度的增加基本没有变化，这说明，层状硅酸盐的晶格应变可能与矿物的结构有关。

三、粘土矿物的晶格应变

1.伊利石

由表6－4可知，绿泥石化千枚岩和炭质千枚岩中伊利石晶格应变分别为和;蚀变糜棱岩中伊利石的晶格应变为～，蚀变糜棱岩中伊利石的晶格应变为～;含金石英脉中伊利石晶格应变为。在各蚀变岩石中，伊利石的晶格应变没有明显的变化规律。

2.绿泥石

由表6－5可知，绿泥石化千枚岩和炭质千枚岩中绿泥石晶格应变分别为和;蚀变糜棱岩中绿泥石的晶格应变为～，蚀变糜棱岩中绿泥石的晶格应变为～;含金石英脉中绿泥石晶格应变为。在蚀变岩石中，随着应变程度的增强，伊利石的晶格应变基本不变，而绿泥石的晶格应变随着变形程度的增强而逐渐增大(图6－11)。

在蚀变糜棱岩、蚀变超糜棱岩和含金石英脉中，绿泥石的平均结晶大小和伊利石晶格应变没有能够反映岩石变形的相对强弱(图6－10，图6－11)。这与前人(刘瑞峋，1988)的结论是一致的。因为构造变形与晶格变形之间很少有相似性，大变形岩石中并不一定具有大变形的矿物晶格，而晶格的局部变形却能够导致整个晶体的大变形。

图6－10 伊利石和绿泥石表面平均结晶大小与应变强度关系

图6－11 伊利石和绿泥石晶格应变与应变强度关系

四、流体作用下，粘土矿物的形成与岩石的变形变质作用

金山金矿蚀变糜棱岩中伊利石的结晶度(IC)大于绿泥石的结晶度(ICH)，而在蚀变超糜棱岩中伊利石的结晶度(IC)小于绿泥石的结晶度(ICH);蚀变变形岩石中绿泥石的晶格应变大于伊利石。从图6－12也可以看出，不管是伊利石还是绿泥石，在不同的应变带，伊利石(绿泥石)的平均结晶大小与其结晶度有不同的相关关系，在蚀变糜棱岩中，伊利石的平均结晶大小与伊利石的结晶度(KI)呈明显的负相关;而绿泥石的平均结晶大小与绿泥石的结晶度(ChC)关系则不明显。在蚀变超糜梭岩中，伊利石平均结晶大小与它们的结晶度关系则不明显;而绿泥石的平均结晶大小与它们的结晶度则呈正相关关系(图6－12)。图6－13也揭示了伊利石和绿泥石在不同的蚀变变形带，其结晶度与晶格应变的不同关系。由图6－13可以看出，伊利石的晶格应变大小与结晶指数有明显的关系;而绿泥石的晶格应变大小，不论在蚀变糜棱岩带还是在蚀变超糜棱岩带，其与绿泥石的结晶指数均呈正相关关系。

图6－12 伊利石结晶度(KI)和绿泥石结晶度(ChC)与表面平均结晶大小关系

图6－13 伊利石KI值和绿泥石ChC值与晶格应变关系

上述情况的出现与韧性剪切带内岩石的应变以及矿物对应变的反应有关。而这种关系受矿物晶体内部固有属性的制约，同时，流体的作用也不容忽视。

1.受晶体内部固有的属性决定

尽管弹、塑性应变能在晶体生长过程中的重要性已引起了人们广泛的关注，但就层状硅酸盐矿物而言，变质作用过程中，晶体的晶格应变、晶内变形和晶体生长之间的关系还是个未知数。

有关伊利石和绿泥石等粘土矿物的形成与岩石变形变质之间的关系一直受到人们的关注(Merriman et al.，1995;Jiang et al.，1997;Arkcai et al.，2000;Giorgetti et al.，2000)。伊利石和绿泥石的结晶指数常被运用于测定变质程度的参数。Bons(1988)进行了绿片岩相下绿泥石的变形机制的实验研究，他认为绿泥石的塑性变形机制是复杂的多边化机制，可以在250～350℃条件下发生。Bell et al.(1981)发现随着应变的增加，黑云母中晶格缺陷的密度也逐渐增加，而与之共生的白云母则没有表现出这种规律。在剪切实验中，这两种云母表现出不同的行为。这些研究表明，在变质或变形作用过程中，尽管共生的层状硅酸盐矿物具有相同的结构，但是，它们却表现出不同的晶体生长速度和晶体缺陷。

实验研究还发现，伊利石的晶格变形主要为螺旋位错。在区域变质或者变形过程中，伊利石晶内储存的与螺旋位错有关的应变能有利于颗粒边界的快速迁移。

Bons(1988)认为，由于伊利石具有较高的弹、塑性应变能力，伊利石的变形主要通过颗粒边界迁移来实现;而绿泥石的变形是多边化作用，主要通过晶内滑移和亚颗粒来实现。上述研究说明，当伊利石受到应力作用时位错活动被延迟了，但是，一旦位错活动，由于颗粒边界迁移作用，亚颗粒发育，随后，发生重结晶作用。相反，普遍发育晶格缺陷的绿泥石由于具有较低的堆垛层错能，不利于发生重结晶作用。在应变恢复过程中，由于位错的迁移能力较低，大多数绿泥石保留了应变诱导的晶格缺陷。

许多学者(Kisch，1991;Jiang et al.，1997)认为随着变质作用的增强，伊利石IC值逐渐降低。尽管大家一直认为温度是影响伊利石和绿泥石结晶的重要因素，但是诸如水－岩比、时间、构造应力、岩石和伊利石的成分、晶格应变等也影响着IC和ICH值的大小。随着应变的增强，IC和ICH值逐渐增大。Kisch(1991)和Franceschelli et al.(1994)认为在埋藏较深的高应变带，应变的层状硅酸盐矿物的淬火作用导致形成晶格较厚的矿物，在高应变的剪切带，由于晶格产生的应变没有恢复，会出现结晶大小的异常。然而，当应变速率较高时，晶格变形和亚颗粒边界的产生会导致Kubler指数的增加。

2.流体对粘土矿物变形的影响

流体对粘土矿物变形的影响主要表现在水对矿物晶体晶键的弱化作用。根据Griggs(1974)的研究，由水分解出来的氢氧根(OH)能够进入硅酸盐晶格使硅酸盐强有力的Si－O键转化为弱得多的Si－OH键，甚至更弱的OH－OH键。随着OH不断进入，在位错滑移路径上将不断遇到OH－OH键的帮助，从而使滑移所需要的剪应力比无水条件下小得多。

3.讨论

在韧性剪切带中，由剪切带边部到中心，应变逐渐增大，也就是说超糜棱岩中岩石的应变大于糜棱岩中岩石的应变。在流体的参与下，不仅水对矿物晶体晶键有弱化作用，而且岩石的变形有利于降低层状硅酸盐矿物的晶格活化能。在构造应力的作用下，伊利石的变形主要为螺旋位错，而绿泥石主要通过晶内滑移和亚颗粒来实现。相对来说，在变形过程中，伊利石晶格较绿泥石的晶体储存有较多的弹、塑性应变能。在应变恢复过程中，由于金山金矿岩石的应变速率较低，绿泥石亚颗粒晶格应变无法恢复，相反，由于伊利石晶格内部较多的弹、塑性应变能，使得伊利石的晶体生长较绿泥石快得多。Bons(1988)曾观察到了绿泥石晶格中高密度位错和伊利石晶格应变的恢复，从而导致蚀变变形岩石中绿泥石的晶格应变大于伊利石。另外，二八面体和三八面体层状硅酸盐矿物对应变的不同反应表现在八面体上位错的活化能不同(Bons，1988;Merriman et al.，1995)。而伊利石八面体位错上的活化能小于绿泥石八面体位错上的活化能。因而在剪切作用的后期，由于重结晶作用，伊利石产生的亚颗粒、位错等晶格缺陷得到迅速的恢复，而绿泥石由于位错迁移的速度较小，由应变诱导产生的晶格应变不能得到迅速的恢复，保留了部分晶格缺陷。另外，在应力的作用下，水－岩比直接影响着层状硅酸盐矿物活化能降低的程度。蚀变糜棱岩带的水－岩比小于超糜棱岩带的水－岩比，因此，在蚀变糜棱岩带和蚀变超糜棱岩带层状硅酸盐矿物活化能的降低程度不同。糜棱岩带伊利石和绿泥石活化能降低较小，因此伊利石的IC值大于绿泥石的ICH值，而在超糜棱岩带，水－岩比较高，伊利石和绿泥石的晶格活化能降低较大，尤其是伊利石的活化能降低程度比绿泥石大，因此，在应变恢复的过程中，很容易使伊利石的品格缺陷得到恢复，结晶速率较快，结晶度较小，导致伊利石的IC值大于绿泥石的ICH值。另外，在应力作用的条件下，结晶大小代表了亚颗粒边界形成的影响作用，随后的结晶生长足够造成局部晶格缺陷的愈合，但是不足以达到变质作用相应的晶格大小。

金山金矿蚀变变形岩石粘土矿物应变研究表明，IC值和ICH值的大小，可以定性地测量变形的强度，而且也可以很好地反映随后的结晶速率。高异常IC值和ICH值的产生是由于晶格的滑动和亚颗粒的形成，而在随后的后剪切作用没有得到恢复，相反，如果亚颗粒边界得到恢复或者具有重结晶作用，那么，就可以形成较小的IC值和ICH值。所以，在岩石变形强烈地区，运用伊利石IC值和绿泥石ICH值作为测定变质程度的参数时，应倍加小心。

综上所述，绿泥石的结晶指数和伊利石结晶指数应看作是与温度、压力、时间和应力有关的函数，而不单单是作为成岩作用或变质作用的指示参数。值得一提的是，目前对粘土矿物形成机制和动力学方面的认识不足，因此，要准确地指出粘土矿物的形成过程、应变和物理化学条件还比较困难。但是正是由于这个原因，热液蚀变过程中粘土矿物的形成机制及其动力学研究将成为该学科的前缘研究领域(Inoue，1995)。

(1)蒙脱石。结构单元(晶胞)是由两层硅氧晶片之间夹一层铝氢氧晶片所组成，称为2:1型结构单位层或三层型晶胞。由于晶胞之间是0-2对0-2的联结，故其键力很弱，很容易被具有氢键的水分子锲入而分开。当土中蒙脱石含量较大时，则该土可塑性和压缩性高，强度低，渗透性小，具有较大的吸水膨胀和脱水收缩的特性。(2)伊利石。司属2:1型结构单位层，晶胞之间同样键力较弱伊利石在构成时，部分硅片中的Si4+被低价的Al3+、Fe3+等所取代，因而在相邻晶胞间将出现若干一正价阳离子(K1+)以补偿晶胞中正电荷的不足。嵌入的K1+离子，增强了伊利石晶胞间的联结作用。所以伊利石晶胞结构优于蒙脱石。其膨胀性和收缩性都较蒙脱石小。(3)高岭石。它是由一层硅氧晶片和一层铝氢氧晶片组成的晶胞，属于1:1型结构单位层或两层型。这种晶胞一面露出氢氧基，另面则露出氧原子。晶胞之间的联结是氧原子与氢氧基之间的氢键，它具有较强的联结力，因此晶胞之间的距离不易改变，水分子不能进入，晶胞活动性较小，使得高岭石的亲水性、膨胀性和收缩性均小于伊利石，更小于蒙脱石。