水銨長石成因分類綜述

楊奕曜

摘要：本文對水銨長石的成因機理進行總結，并根據(jù)產出環(huán)境與成因的不同，將其分為2類：1.熱液型水銨長石；2.成巖型水銨長石

關鍵詞：水銨長石；成因

水銨長石為富銨鉀長石的一種類質同相體，化學式為（NH4）[AlSi3O8]。由于二者晶體結構相似，且NH4+離子半徑與K+相近，使得NH4+（1.69 ?）在特殊的地質條件下可以與鉀長石中的K+（1.52?）發(fā)生替換（Mookherjee M et al，2004）。這類富銨的類質同相體同樣可見于似長石、云母類礦物中。如白榴石K[AlSi2O6]銨化為銨白榴石（NH4）[AlSi2O6]（Hori et al，1986），白云母KAl2[AlSi3O10]（OH）2銨化為銨云母（NH4）[Al3Si3O10]（OH）2（Higashi 1982）。

1964年Erd 等在加利福尼亞州AgS礦床中的富銨熱泉中首次發(fā)現(xiàn)一種化學成分NH4AlSi3O8?H2O新礦物，其中5%的鉀離子已被NH4+所替代，將其命名為水銨長石。在20世紀70-90年代，對于水銨長石的報道逐漸增加，21世紀初，隨著石油煤炭工業(yè)的飛速發(fā)展，在有機質含量較高的黑色巖系發(fā)現(xiàn)水銨長石的報道逐漸增多，目前對于黑色巖系中水銨長石的成因仍是國內學者關注的熱點問題。筆者在對前人的文獻資料進行調研后，按已報道的水銨長石出現(xiàn)環(huán)境與成因的不同，將其劃分為2類：1.熱液型水銨長石；2.成巖型水銨長石。

1.熱液型水銨長石

按熱液類型又可劃分為現(xiàn)代熱泉型水銨長石和巖漿期后熱液型水銨長石。現(xiàn)代熱泉型水銨長石，最早被Erd等（1964）所報道，該團隊在強還原，NH4+濃度460-540ppm，水溫小于120℃的富銨熱水中發(fā)現(xiàn)NH4+交代置換安山質熔巖穹窿中鉀長石的鉀離子，并以假晶態(tài)形成水銨長石的現(xiàn)象。隨后在內華達州艾豪芬、加利福尼亞州麥克勞克林與富銨熱泉相關的水銨長石相繼被報道（Krohn、Altaner，1987；Krohn et al，1993），這些水銨長石與含金汞礦床伴生，常以細粒自形晶存在，并包裹大量的硫化物和石英晶體。該產狀的出現(xiàn)，表明其在結晶序列中相對較晚地沉淀。同時研究人員還發(fā)現(xiàn)這些水銨長石與Hg密切相關，但與Au無關。這些水熱系統(tǒng)中的高銨含量與水銨長石的大量出現(xiàn)表明銨可在后期氣相與有機溶劑中運移。這種過程可導致在埋藏地熱源的上方形成非碳酸鹽巖的有機接觸變質帶。

巖漿期后熱液型水銨長石最早由Hall（1993）提出，其在愛爾蘭北部多尼戈

Rosses花崗巖體中發(fā)現(xiàn)了富銨流體替換鉀長石中K+的現(xiàn)象。巖漿巖中NH4+作為痕跡元素出現(xiàn)眾多火成巖中，平均濃度可達5-50 ppm（Hall et al，1991），其來源有二，一為原始巖漿源區(qū)或巖漿上升過程中同化的有機質沉積殘留物；二為富銨的巖漿期后熱液。Hall根據(jù)NH4+的分配系數(shù)計算得出Rosses花崗巖體NH4+多數(shù)為熱液來源，且NH4+交代鉀長石形成的水銨長石可作為一種十分靈敏的熱液活動指示礦物。而后隨著現(xiàn)代火山研究的不斷發(fā)展，火山碎屑沉積物中出現(xiàn)水銨長石的報道不斷增多。例如Yang等（2001）在新西蘭Broadlands-Ohaaki地熱系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)水銨長石與富銨伊利石共存于溫度大于200℃的透水斷層帶中。Carles Canet等（2015）在墨西哥Acoculco地熱區(qū)內的受熱液改造的凝灰?guī)r與角礫巖中也發(fā)現(xiàn)了NH4+交代替換冰長石中K+形成水銨長石的現(xiàn)象，其與蛋白石、高嶺石、明礬石、富銨黃鉀鐵釩等礦物共生作為淺成熱液蝕變的指示性礦物。

2.成巖型水銨長石

成巖型水銨長石的發(fā)現(xiàn)得益于石油煤炭工業(yè)的發(fā)展。隨著二者的飛速發(fā)展，對于黑色巖系的研究更為精細化，從而使得黑色泥頁巖，暗色長石砂巖、含煤層中的水銨長石被不斷報道。成巖過程中的水銨長石常形成于低溫（<300℃），中壓（<200MPa）富銨、強還原環(huán)境。例如Ramseyer等（1993）在洛杉磯和圣華金盆地中的長石砂巖中，發(fā)現(xiàn)水銨長石作為早成巖期的標志礦物，呈自生加大邊或沿微裂縫充填于破碎的鉀長石中。Laughnan等（1983）在澳大利亞昆士蘭油頁巖中發(fā)現(xiàn)了平均含量可達10%的水銨長石。其作為油頁巖開發(fā)過程中的副產物廣泛分布于層結湖底富銨泥巖中。近年來，在中國廣西中部沂山二疊系煤系中與出現(xiàn)了關于水銨長石的報道，其形成時間較長，在早成巖期到無煙煤高級煤化期內均有產出（Dai S et al，2018）。

3.水銨長石研究新進展

目前水銨長石的研究工作主要集中于2個方向，其一為人工合成水銨長石，探究其在不同溫壓條件下的晶體結構轉變；其二為探究其與凝灰質巖石之間的關系。人工合成水銨長石最早由Barker等（1964）利用NH4Cl溶液和鉀長石在550℃、2x108Pa合成。而后Voncken等（1988）利用A12O3·6SiO2（gel）、25%NaOH溶液在Cr/CrN，C/CH4控制氨逸度的條件下，在550℃-600℃、2x108Pa在5-18天的時間中合成了高純度水銨長石及少量貝得石。雖然人工合成的水銨長石與自然界中所發(fā)現(xiàn)的水銨長石晶胞參數(shù)相似，但其溫壓條件大都高于自然條件下的水銨長石產出條件。這可能暗示著自然界中鉀長石固定NH4+過程中的溫壓條件較為苛刻。Marfil R等（1998）在西班牙中三疊統(tǒng)富銨凝灰質砂巖發(fā)現(xiàn)了水銨長石的蹤跡，其認為水銨長石可能為火山玻璃在有機質大量分解的富銨環(huán)境下經過成巖作用轉變而來的。這一發(fā)現(xiàn)開拓了水銨長石形成的新類型，強調了火山-有機質分解作用對于有機成因銨向無機成因礦物晶格富集的影響。

4.結束語

水銨長石作為富銨流體替換原始礦物成為進入原始礦物晶格的一種形式。產出環(huán)境較為苛刻，需要酸性還原且有機質的存在。按其成因可將其分為2類，即熱液型水銨長石和成巖型水銨長石。二者均可作為特殊地質環(huán)境的指示性礦物。

對于石油勘探工作而言，黑色烴源巖中水銨長石的含量與總有機碳，生烴總量，氯仿瀝青“A”等有機地化指標的對應關系尚不清楚。故對于該方面的研究仍具有較大的探索空間。

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