沸石溶蚀作用

长石溶蚀三塘湖盆地火山岩以中、基性为主，主要造岩矿物为如橄榄石、辉石、角闪石、长石等稳定性差，极易分解，其最终产物为各类粘土矿物（中、基性火山岩中长石以基性斜长石为主，钙长石为基性斜长石，钠长石、钾长石为碱性斜长石）CaAl2Si2O8+2H++H2O=Al2Si2O5（OH）4+2Ca+钙长石 高岭石2NaAlSi3O8+2H++H2O=Al2Si2O5（OH）4+4SiO2+2Na+钠长石 高岭石2KAlSi3O8+2H++H2O=Al2Si2O5（OH）4+4SiO2+2K+钾长石 高岭石在酸性条件下，钙长石稳定性最差，钠长石次之，钾长石最稳定，从而导致了基性斜长石比酸性的易溶。并且在相同条件下，中-基性斜长石比酸性斜长石和碱性长石易溶，更有利于形成溶蚀孔隙的产生。影响因素：（1） T、P温度降低、压力升高有利于长石溶蚀（2） PH酸性环境有利于长石溶蚀，碱性环境不利（3） 酸性溶液性质有机酸溶蚀长石的速度是无机酸的10倍左右。方解石为CaCO3CaCO3+H+=Ca2+HCO3- 在酸的作用下可以继续反应生成CO2沸石比较重要就重要就从基本特征、形成条件和溶蚀机理3个方面归纳了下，首先其内部结构据微孔隙，可与外界连通，同时可以与酸性物质充分接触，其次其溶蚀强度与硅、钙的含量有关，通常低硅高钙的沸石容易溶蚀，同时结合本区的火山岩特征说明了本区的沸石以低硅为主，最后简单的介绍了两种沸石的溶蚀机理（1）风化淋滤溶蚀（2）热流体溶蚀（具体内容见后边详细介绍）沸石一般化学式为:AmXpO2P*nH2O。其中A代表Na、K、Ca、Ba，X代表Si、AI。其各种类型的沸石没有固定的化学式，是根据元素的比值确定种类，找了下没有找到其与酸反应的方程式，反应后生成物位高岭石等粘土类矿物，与长石相似。沸石的基本特征目前发现的天然沸石主要有：斜发沸石、丝光沸石、毛沸石、菱沸石、杆沸石、片沸石、钙十字沸石、浊沸石等。沸石的内部结构与长石以及似长石相似，但沸石的晶格和它们不同，它具有开放式的结构。沸石晶格内部有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴之间通过开口的通道彼此相连，并与外界相沟通。硅铝比值是研究沸石化学性质的重要数据，硅铝比值的大小直接影响沸石的某些性能，尤其是离子交换性和耐酸性。根据硅铝比值的不同可将沸石划分为高硅沸石：n(Si02)/(Al0)> 8；中硅沸石：n(Si0) / (Al 0) =4-8以及低硅沸石：n(Si0)/ (Al 0) <4；23 2 23 2 23沸石的硅铝比越高热稳定性越好，耐酸性越强。对三塘湖盆地石炭一二叠系火山岩中的典型沸石进行电子探针分析，分析结果表明三塘湖盆地石炭一二叠系火山岩中的沸石，除少数为高硅沸石外，大部分为中一低硅沸石。耐酸性较差，易于溶解。沸石中钙含量的多少也影响沸石的热稳定性，很多富钙的天然沸石在500oC以下时，结构就遭到破坏，但是以同样的样品，经钾离子交换后，则在温度高达800oC时其结构仍然能够不被破环。在不同种类的沸石中往往是含钙量越高的沸石热稳定性越差，例如钙沸石(Ca[AlSiO]*10HO)在56°C时结构被破坏，而菱沸石((Ca,Na)[AlSiO]*6HO)在700oC2 310 2 2 2 412 2结构仍然不发生变化，一般来说沸石含钙量越高热稳定性越差。从中看出研究区中沸石CaO含量较高，这也是该研究区的沸石热稳定性差，易于溶解的一个原因。同时高CaO含量也体现了研究区中基性火山岩的组成特点。石炭一二叠系火山岩典型沸石电子探针分析结果井号深度(m)SiO2TiO2AlgFeOMnOMgOCaONaO2KO2总量n(SiO)/n(AlO)M172327.657.110.0016.190.000.000.008.300.120.0081.72236.00M172327.660.280.0017.940.000.000.008.200.170.0386.625.71M191527.763.540.0011.700.020.000.003.381.140.4680.249.23M191539.749.340.0020.780.000.000.0110.440.260.1680.994.04M191539.749.960.0020.130.000.000.0010.520.150.1680.924.22M191547.960.060.0013.250.000.000.027.420.320.3081.377.71M191547.963.450.0014.280.000.000.035.230.340.2183.547.55M192641.056.400.0017.610.000.000.077.120.170.5181.885.44M192643.949.380.0020.820.020.000.0011.550.040.0381.844.03M61985.050.410.0020.870.000.000.0011.970.050.0183.314.11M61985.045.170.0024.930.000.000.0012.110.720.0082.933.08三塘湖盆地火山岩中沸石均由火山玻璃经后期热液蚀变作用形成，研究区中的沸石颜色为白色，透明，呈放射状，针状。充填在先结晶的矿物间隙或裂隙和气孔中。根据对所采集沸石样品进行显微结构、扫描电镜的观察以及对比电子探针所得化学成分发现研究区沸石的种类主要有杆沸石和浊沸石两类。(1)杆沸石NaCa[AlSiO]*6HO杆沸石属于斜方晶系，Na、K、Ca、在一定的范围变化，2 2 282.5 2常呈纤维状或放射状集合体，干涉色一级灰至一级橙红，有时高达二级绿。杆沸石以其常呈放射状生长和高干涉色与大部分沸石区分。杆沸石主要产于玄武岩、辉绿岩的杏仁体和孔洞中，也常见于响岩、安山岩的孔洞、气孔和裂隙中。常与菱沸石、钠沸石等矿物共生。研究区所采集的沸石样品见图3-2。于标准的杆沸石镜下特征基本相似，因此判断为杆沸石。

典型沸石显微照片a：沸石杏仁体（单偏）马191527.7m卡拉岗组橄榄拉斑玄武岩；b：拉斑结构及杏仁体（外圈为绿泥石、内部为沸石）（单偏）马191543m卡拉岗组橄榄拉斑玄武岩；c：沸石杏仁体（单偏）马191539.7m卡拉岗组玄武安山岩；d：沸石杏仁体及切过杏仁体的石英脉（单偏）马191539.7m卡拉岗组玄武安山岩；e：沸石及绿泥石杏仁体（单偏）牛101-132077.3m哈尔加乌组玄武岩；f：沸石杏仁体（单偏）马801-8玄武岩；a为单偏光，b为正交偏光，马19井，深度1521.8m10X5图3-2杆沸石（2）浊沸石Ca[AlSi2O6]2*4H2O单斜板柱状晶体，发育两组近直交节理；单个晶体无色透明，质脆。集合体多为放射状:易破碎。薄片中无色，干涉色一级黄。浊沸石产于铁镁质岩、结晶片岩的孔洞、裂隙及矿脉中，也见于火山岩气孔中，浊沸石也广泛分布于沉积岩中。在一些凝灰岩和酸性火山熔岩中作为火山玻璃的次生矿物。浊沸石中各元素的理论值为CaO11.9、Al2O321.7、SiO251.1。表3-1中马19井1551m处所采集卡拉岗组粗面安山岩样品的分析结果与理论值基本一致，可初步的判断为浊沸石（表3-2）。图3-3为扫描电镜下的浊沸石照片。

沸石电子探针分析结果样品深度(m)SiO2TiO2A12O3FeOMnOMgOCaONaO2KO2总量M19-22-11551m51.900.0021.770.000.000.0011.920.000.0785.75M19-22-21551m50.520.0021.080.000.000.0011.610.060.1783.44图3-3浊沸石显微照片a：浊沸石发育马19井1527.7m卡拉岗组橄榄拉斑玄武岩3000X；b：浊沸石马19井1566.3m卡拉岗组粗面安山岩5000X；c：裂缝发育，浊沸石充填马17井2661.56m哈尔加乌组玄武安山岩1000X；d：浊沸石马19井1540.2m卡拉岗组粗面安山岩3000沸石的形成机制沸石族矿物的形成地质条件是多样的，在沉积作用条件、岩浆作用条件、变质作用条件下只要达到其要求的物化条件都可以形成沸石。例如我国鄂尔多斯盆地的靖安油田上三叠系延长统砂岩储层中发育大量浊沸石胶结物，并且靖安地区浊沸石溶蚀孔隙已成为其主要的含油孔隙类型［14］在松辽盆地下白垩统下部地层中也发育有浊沸石，以胶结物的形式产出，是一种典型的自生矿物；四川盆地侏罗系沙溪庙组砂岩中，广泛发育浊沸石胶结物。这些地区所形成的沸石与三塘湖盆地石炭系一二叠系火成岩中所形成的沸石的形成机制有很大的不同，前者属于外生地质条件下形成，后者属于内生地质条件下形成。一般认为外生作用形成的沸石是由K、Na、Ca等阳离子的碱性水溶液，在低温低压下与火山物质或其它铝硅酸盐物质作用，特别是与硅质火山玻璃作用，使其中的铝硅酸成分与碱或碱土金属离子作用而形成的。另外渗透在沉积物中的地下水或岩层中存在的间隙循环水，它们能使原来就不稳定的富硅质的火山玻璃或长石类的矿物发生水解作用，使其中碱质释放出来，因而提高了水溶液的pH值，形成了碱性水溶液的介质，在火山堆积物的余热或再次火山活动的作用下，使岩层温度升高，促使碱性溶液与Al、Si等物质作用而形成沸石。总结外生沸石的形成，一般必须具备以下几个条件：（1）具有形成沸石的物质成分，如火山玻璃、火山碎屑以及长石类矿物等富含K、Na、Ca、Al、Si的物质。（2）具有丰富的水介质以及碱金属离子活动较强的碱性环境。（3）具有低温（100-350oC）和低压的条件。三塘湖盆地火成岩中沸石均是在岩浆作用末期由火山玻璃经后期热液蚀变作用形成的。在岩浆作用时期，由于岩浆中的温度和压力均较高，同时又缺乏水分，特别是基性岩浆，Si02不饱和，含铁、镁成分较多，缺乏足够形成沸石所需要的钾、钠、铝，所以不具备形成沸石矿物的物化条件。在中酸性岩浆中由于他们是一种富铝制的硅酸盐，没有丰富的碱质，在这种条件下，长石族矿物的形成能力大于沸石族矿物，所以也不能形成沸石。在岩浆期后的热液作用时期，此时岩浆中大量硅酸盐造岩矿物已基本结晶析出，从岩浆中分泌出来的含矿热液，在高温和低温阶段都可以形成沸石族矿物。基性的火山岩受到热液作用，在较低的温度和压力下也可以形成沸石。热液阶段是沸石形成的有利时期，由于热液往往是沿着围岩的裂隙活动，因此沸石常以脉石矿物与某些矿石矿物共生的形式存在。同时在火山活动的过程中，伴随着大量的气体和液体喷出，特别是火山活动的晚期，气水较多，他们可与已喷出的火山碎屑和火山玻璃等物质作用，也有利于沸石族矿物的形成，研究区中玄武岩、辉绿岩的气孔和裂隙中发育多数沸石族矿物和方解石共生。综上我们不难看出形成沸石的成矿物质中，必须具备一定数量的Si02、Ai203以及钾、钙等碱和碱土金属，同时还需要一个水分充足的碱性环境。在（Si02）/（Ai203Y比值较高，且活性Si02的含量较高的条件下可形成高硅沸石。反之则往往形成低硅沸石。而三塘湖盆地火山岩以中、基性火山岩为主，（Si02）/（Ai203）比值较低，因此沸石以低硅为主。沸石的溶蚀机理根据研究区沸石的溶蚀期次和地质环境的不同将溶蚀机理分为风化淋滤溶蚀和热流体溶蚀两种溶蚀机理。在风化淋滤带酸性大气淡水，以及烃源岩热演化释放出的有机酸热流体都为沸石的溶解提供了良好的介质条件。（1）风化淋滤溶蚀由火成岩的成岩特征我们知道火成岩几乎都会经历不同程度的风化淋滤作用，研究区中的火成岩首先形成于地表环境，后期经历盆地的升降运动沉入地下、成为盆地充填序列的组成部分。当火成岩长期暴露于地表，尤其是基性火山岩，受到风化作用，岩石产生许多微裂缝裂隙，这为酸性流体介质与沸石矿物接触提供了通道。在地表的环境中，大气中的弱酸性水通过风化形成的通道与沸石等矿物接触，进而溶蚀沸石等次生矿物，产生大量的次生孔隙。扫描电镜资料表明，由于淋滤风化作用产生较多的次生孔隙，导致长石、辉石、沸石及火山玻璃等普遍发生溶解。风化淋滤强度与裂缝密切相关。裂缝不发育区，风化淋滤作用弱，次生孔隙不发育。（2）热流体溶蚀火山活动和排烃作用等都会引起大规模的热液流体活动。流体活动对火山岩的直接影响是引起物质的带入和带出，使火山岩体处于开放或是局部开放的物理化学体系下。热液活动的直接后果是导致原有矿物发生蚀变、溶蚀，同时有新的矿物形成导致次生胶结和充填作用发生。本文主