3.3蒙脱石成岩作用

一」
－ 一 一 上－
， 一ຫໍສະໝຸດ Baidu
口
幻 石
幻
万
司
４ ５
Ｓ 沁
图３ － ３ 东营凹陷Ｒ １ 中Ｓ ％一深度关系图
１ ９ ９ ４ ） ， 其中 地 层 流 体 成 分的 制 约 主 要 表 现 为Ｋ ＇ ， Ａ ｌ ＂ ， Ｓ ｉ ０ ． 、 和Ｐ Ｈ 值 等 ； 近 年 来 ， Ｂ ｕ ａ ｔ ｉ ｅ ｒ
（ １ ９ ９ ２ ） ， Ｉ ｎ ｏ ｕ ｅ （ １ ９ ９ ４ ） 和季竣峰等 （ １ ９ ９ ” 认为除上述因素以外． 水岩比 也很重要， 在高
许是解释同一钻孔、不同地层段的成岩存在差异的原因。 这一变化规律是本文后面进行动力学数值模拟的依据和检验标准。
、 令 一’ ： ’ ．
仁 工 一 ． ． ．｝ 】 一 口） 口Ｊ Ｊ Ｊｒ 勺 ． ｖ ． ．
￣ － 一 “ ￣ 一 一 上 一 － － ‘ 一 一 Ｊ ‘ 一一
间都对反应的方向、 速率和平街状态起作用。 实验和自 然样品的研究发现， 埋藏深度、 地温 梯度、 地层流体特征及埋藏时间的确是影响蒙皂石层向伊利石层转化的重要制约因素（ Ｖ ｅ ｌ ｄ ｅ
等，１ ９ ９ ２ ， １ ９ ９ ３ ： Ｒ ａ ｎ ｓ ｏ ｍ等，１ ９ ９ ５ ； Ｈ ｕ ａ ｎ ｇ 等。１ ９ ９ ３ ； Ｐ ｏ ｌ ａ ｓ ｒ ｔ ｏ ， １ ９ ９ ３ ： Ａ ｂ ｅ ｒ ｃ ｏ ｒ ｍ ｂ ｉ ｅ 等，
１ ９ ９ ２ ） 。 在 埋藏、 沉降的 过程中， 蒙脱 石层逐渐转化为伊利石层， 混层比 有规律地变化。
在 研究区内，Ｉ ／ Ｓ间层矿物的 成分变化十分明显， 在２ ５ ０ ０ 米附近蒙皂石层含量在 ４ ２ ％ 左右， 其后在 ２ ５ ０ ０ －３ １ ０ ０ 米之间表现为 稳定下降； 然后自３ １ ０ ０ 米起， 蒙脱石层的转化速率 显著增大， 在３ ０ ０ 米的深度区间内， 间层矿物中的蒙皂石层显著下降， 到３ ４ ５ ０ 米则降 至２ ２ ％ （ 图３ － ３ ） 。这一变化规律是普遍存在的， 但与 邻近洼陷的粘土矿物成岩作用规律有所差异， 例如牛庄凹陷的转化深度在２ ２ ０ ０ 米左右，可能与地层中的钾离子浓度有很大的关系。 这也
进行 代 替， 引 起层间负电 价 增 加 从 而 使 得Ｋ ＋ 进 入晶 层形 成 伊蒙 混 层 直至 形 成 伊利 石。 可以
用下面的反应表示 （ Ｈ ｏ ｗ ｅ ｒ 等，１ ９ ７ ９ ） ：
蒙 脱石十 Ｋ 一长 石（ 一云 母？） ￣ 伊蒙 混层粘土 矿物十 绿泥石＋ 石英
垦登乞遗生塑些些望塑些塑进丝 近
＿＿
南 京 大 学 硕 士 研 究 生 毕 业 论 文
增加而向低角度方向 偏移。 我们采用赵 （ 粘土矿物与粘土矿物分析，１ ９ ９ ０ ） 方法， 得出 样品
的Ｓ ％ 计算表 〔 表４ －３ ） ．
通过数据的计算结果，我们可以 看到蒙脱石的相对百分含量随着深度的加深逐步降 低，
２ ．溶解、重结晶机制 由Ｎ ａ ｄ ｅ ａ ｕ 等人 １ ９ ８ ４ 年提出， 并且同时 提出了“ 粒间衍射” 的新概念。 他们认为蒙脱石 伊利石化是通过蒙脱石的溶解。同时伊利石重结晶形成． 在 Ｘ光衍射图上所出现的所谓伊 一蒙混层实际上是由 非常细小的 伊利石组成的二八面体伊利石集合体， 蒙脱石间层是存在于 不同的伊利石间的孔隙， 吸附了一些水和有机质而膨胀， 这些细小的的伊利石颗粒来源于蒙 脱石的溶解， 进一步重结晶形成， 只有当伊利石颗粒足够大时． 产生的粒间 衍射在 Ｘ光下
说明有蒙脱石向伊利石的转化发生。 而且在将近 ３ ２ ０ ０ 米的深度，蒙脱石向伊利石转化的速 度很快，可以 推测这个时候的是温压条件以及相关阳离子的浓度条件满足反应的快速进行。
第三节
一、蒙脱石伊利石化研究进展
蒙脱石的成岩作用
在通常情况下温度是控制蒙脱石伊利石化的一个最主要的因素， 随着深度的增加和温度 的升高， 蒙脱石开始转化为伊利石。 而且随着伊利石层含量的逐渐增多， 伊一蒙混层粘土矿 物的结构也由 无序趋于有序。 不同 深度的蒙 脱石承受着不同的 压力， 最早的 研究认为， 蒙脱 石所处的深度及压力可能是控制蒙脱石伊利石化的主要因素， 现在的研究证明了， 压力可能 对蒙脱石向伊利石的 转化起阻碍作用。 Ｅ ｂ ｅ ｒ ｌ 和Ｈ ｏ ｗ ｅ ｒ （ １ ９ ７ ６ ） 通过实验指出， 在６ ０ ℃条件 下 蒙脱石变成具低膨胀性的伊一蒙混层矿物需要 １ Ｍ ａ 的时间， 若此过程发生于２ ０ ℃的低温 条件则需要 １ ０ ０ Ｍ ａ 的时间。 Ｈ ｏ ｗ ｅ ｒ （ １ ９ ８ １ ） 研究发现， 在相同条件下 年轻岩石的蒙脱石伊利 石化程度比古老岩石中的轻的多， 其他许多学者的 研究均证明了这一点， 这表明时间是控制 蒙脱石伊利石化的又一重要因素， 转化的反 应时间可以 称补温度的 不足。 孔隙流体中的钾离 子的含量也是蒙脱石向伊利石转化所必须的。 Ｔ ｕ ｒ ｎ ｅ ｒ 和Ｆ ｉ ｓ ｂ ｍ ａ ｎ （ １ ９ ９ １ ） 在研究了东科罗 拉 多高原的一没有被深埋和遭受热水蚀变的蒙脱石一伊利石后提出，当 温度因素作用不明显 时。 孔隙流体的化学成分，尤其是钾离子的含量的多少就起了 主要控制因素的作用。 Ｅ ｂ ｅ ｒ ｌ 等（ １ ９ ７ ３ ） 通过实验揭示富 Ａ ｌ 的蒙脱石比 贫Ａ ｌ 的蒙脱石更易向伊利石转化。 Ｒ ｏ ｂ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ和
才表现为伊利石。
３ ．束状晶体交插生长机制 这是由Ａ ｈ 。 和Ｐ ｅ ａ ｃ ｏ ｒ １ ９ ８ ６ 年利用 Ｈ Ｒ Ｔ Ｅ Ｍ研究伊一蒙混层粘土 矿物的时候提出的。他
们发现蒙脱石和伊利石在结构、 成分、 构造上均互不连续， 且两者并非均匀的混层分布， 而
常以 束状晶体交插分布， 并且蒙脱石晶层多为具有许多位错的大晶体， 而伊利石晶层轮廓明
５ ０
第三章
粘土矿物的成岩作用及动力学分析
南京大学硕士研究生毕业论文
这一转化机制的实质表明， 蒙脱石向 伊利石转化过程中 继承了２ ： １ 层粘土矿物的基本结
构． 而 仅 发生了 单 元 层内 化学 成分的 变化， 即Ｓ ｅ ＇ ， Ｎ ａ ， Ｈ Ｚ Ｏ的 带出 和Ｋ ＇ ， Ａ ｌ ； ＇ 的 带 入。
显。 无缺隙。 由 此他们否定了伊蒙混层阶段， 而提出 蒙脱石由于ｒ 和Ａ １ ３ ＋ 的带入以 及Ｆ ｅ ＇ ＋ ，
Ｍ ｇ ｔ 十 、 Ｓ ｉ ０ ‘ 的 带出 ， 在 其周 围 逐 渐 形 成 伊 利 石。
二、伊利石化的影响因素 蒙皂石层向 伊利石层的转化实质上是一个化学反应， 温度、 压力和流体成分以 及反应时
矿物成岩作用的影响。
上述因素的影响将在本研究进行粘土矿物成岩作用动力学分析的过程加以全面考虑．
三、本区的成岩特征
第三章
粘士矿物的成岩作用及动力学分析
南京大学硕士研究生毕业论文
根据前人的 研究， 普遍认为研究区的 泥质岩石中一般以间层矿物为主， 浅部地层中间层 矿物中蒙脱石层的含量一般在７ ５ －８ ５ ％ 之间 （ 包于进等，１ ９ ８ ７ ；陆现彩，１ ９ ９ ８ ：洪志华等，
水岩比的条件下，蒙皂石的伊利石化速度增加．
另外， 地层流体中有机组分的类型与含量对粘土矿物成岩作用的影响目 前虽不甚明 确。 但近年来的研究认为有机酸是对粘土矿物产生影响的重要组分 （ Ｐ ｉ ｔ ｍ ａ ｎ 等，１ ９ ９ ３ ） ．但是， 由于本研究区缺少相关的地层流体有机酸含量数据， 因此我们当 前还无法讨论有机质对粘土
Ｌ ａ ｈ ａ ｎ ｍ （ １ ９ ８ １ ） 也 提出当 原 始蒙 脱 石中Ｃ 犷 和Ｍ ｇ ＂ 的 含 量 较高 时， 会阻 碍向 伊利石 的 转化。
蒙脱石伊利石化的机制及动力学模型有三种模式：
１ ．蒙脱石经过伊蒙混层形成伊利石
由Ｗ ｅ ａ ｖ ｅ ｒ （ １ ９ ７ １ ） ， Ｈ ｏ ｗ ｅ ｒ （ １ ９ ７ ６ ） 等人提出， 认为富钾矿物长石，云母等分解提供了 足够的Ｋ ＇ 及Ａ ｌ ＂ ，随埋深的增加、 温度的 升高，蒙脱石脱水并且八面体Ａ ｌ ＇ 十 对四面体 Ｓ ｉ ｅ ＋