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摘要：粘土礦物組成、含量以及結(jié)晶參數(shù)的變化與古環(huán)境（氣候與沉積環(huán)境）變化密切相關(guān)，可以反映氣候冷、暖周期性變化和沉積環(huán)境特征。因此，粘土礦物分析已經(jīng)成為古環(huán)境重建的有效手段之一。通過聯(lián)合其他多種古環(huán)境代用指標(biāo)，粘土礦物研究在古氣候和沉積環(huán)境重建中發(fā)揮著重要作用，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：粘土礦物；古環(huán)境

1研究概述

粘土礦物主要為含水的鋁和鐵硅酸鹽礦物，層狀結(jié)構(gòu)，粒徑＜1μm，構(gòu)成半深海、深海相以及陸相沉積物的重要組成部分。由于獨特的晶體結(jié)構(gòu)、小顆粒，微弱環(huán)境變化都會記錄在粘土礦物結(jié)構(gòu)和礦物組合中，使之成為古氣候信息的十分重要的載體，提供了影響整體氣候的綜合記錄（Singeretal.，1984）。隨著粘土礦物理論研究的進步和測試技術(shù)的創(chuàng)新，在古氣候、鹽度恢復(fù)，追蹤物源區(qū)和劃分對比地層、構(gòu)造演化等古環(huán)境重建方面粘土礦物的作用越來越顯著，主要用于黃土、湖泊、海洋古環(huán)境的恢復(fù)。我國對粘土礦物的研究在地層劃分與對比、細(xì)劃成巖階段、標(biāo)定古地溫、油氣成藏與演化等諸多方面得到廣泛應(yīng)用（張乃嫻等，1990;任磊夫，1992;趙杏媛等，1994，1995）。

2研究方法

2.1X射線衍射（XRD）分析

粘土礦物分析中經(jīng)常用到XRD方法，可以通過X衍射譜對粘土礦物的組成進行半定量-定量分析，還可以獲得粘土礦物復(fù)雜的間層作用、結(jié)晶度（張乃嫻等，1990;陳忠等，2000）。該分析方法簡便、實用，并且能夠獲得有關(guān)粘土礦物的關(guān)鍵信息。利用X-射線衍射儀進行礦物定量的方法有內(nèi)標(biāo)法、外標(biāo)法、基體沖洗法（K值法）、絕熱法（RIR）、增量法、無標(biāo)定量法和化學(xué)物相計算法等（藍(lán)先洪等，1990;張乃嫻等，1990）。馬禮敦等（2004）研究發(fā)現(xiàn)粉末衍射全譜擬合法（Rietveld法）既可精修晶體結(jié)構(gòu)，還可對重疊的衍射峰進行分解。Rietveld法的實質(zhì)是模擬計算物相的衍射普與實際觀測譜之間的最小二乘法擬合過程，即通過已知的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)與非結(jié)構(gòu)參數(shù)、峰形函數(shù)、峰寬和擇優(yōu)取向因子等，模擬計算物相的衍射強度與實測強度的對比擬合過程。X射線的Rietveld法有以下優(yōu)點：（1）Rietveld法對整個圖譜中所有衍射峰進行擬合，引入校正模型能對這些影響強度和衍射峰位的不利因素進行有效校正；（2）采用特定峰型函數(shù)開展衍射峰重疊和寬化等復(fù)雜情況下的定量分析；（3）同時獲得晶體結(jié)構(gòu)、樣品組成等參數(shù)；（4）通過對背景的多項式擬合，更準(zhǔn)確地確定峰強度。

2.2掃描電子顯微鏡（SEM）/透射電子顯微鏡

（TEM）/電子探針（EPM）/能譜（EDS）分析微電子束分析技術(shù)如掃描電鏡、透射電鏡、電子探針、能譜分析在粘土礦物研究中的應(yīng)用，很大程度上推動了粘土礦物的研究，通過粘土礦物微觀特征和化學(xué)元素準(zhǔn)確鑒定粘土礦物（任磊夫等，1992;趙杏媛等，1995）。掃描電鏡和透射電鏡均能對礦物表面結(jié)構(gòu)形態(tài)進行研究，確定礦物形成條件。掃描電鏡能夠觀察原始生長狀態(tài)下的礦物成分及結(jié)構(gòu)，亞微米級分辨礦物的組構(gòu)。透射電鏡通過其高分辨率、高放大倍數(shù)可以準(zhǔn)確區(qū)分埃洛石、坡縷石等礦物，還可測量粘土礦物單顆粒晶體。透射電鏡的最大不足在于高倍鏡下分析結(jié)果是否具代表性，同時不易區(qū)分定向良好的板、片狀粘土礦物。電子探針和能譜分析可測定礦物的化學(xué)成分。EPM（又稱X射線波譜儀）主要用于粘土礦物化學(xué)成分分析，具有元素分析范圍廣、定位準(zhǔn)確、靈敏度和定量精度高以及制樣簡單的特點。EDS元素分析范圍較廣，不能測較超輕元素如Be4-Ne10，靈敏度不如EPM，但檢測效率高、圖譜直觀、易進行定性、定量分析，對較粗樣品測試比較理想。近些年，背散射電子圖像的廣泛使用，開辟了掃描電鏡研究粘土礦物的新前景，透射電鏡可識別各種礦物成分。掃描電鏡的缺點是不能給出礦物內(nèi)部層間信息，僅能獲得化學(xué)成分和形態(tài)，想要準(zhǔn)確鑒定粘土礦物，必須借助其他方法。另外，掃描電鏡很難區(qū)分蒙脫石一類的間層礦物。

2.3熱分析和紅外光譜（IR）分析

XRD在無序礦物熱研究中靈敏度很差，當(dāng)三水鋁石、針鐵礦這類礦物含量低于1％時，可以輔以熱分析方法來檢測。由于一些粘土礦物本身的熱不穩(wěn)定性，熱分析曲線解釋起來比較困難。由于高嶺石的溫濕熱谷比迪開石低100℃左右，可以通過差熱分析來研究。紅外光譜分析分析是一種廣泛應(yīng)用的快速粘土礦物鑒定方法（任磊夫等，1992;趙杏媛等，1995），而它最大優(yōu)點是能提供礦物的結(jié)構(gòu)和成分，尤其在區(qū)分高嶺石物多型方面。紅外光譜可以檢測出蒙脫石晶格中伊利石的類質(zhì)同象，而其他方法卻檢測不出來。同時，紅外光譜分析分析可以鑒定非晶質(zhì)物質(zhì)。由于粘土礦物多是混合物，顆粒細(xì)小，成分復(fù)雜，用紅外光譜法不需要單礦物分離，根據(jù)礦物的特征吸收峰的位置、形狀和強度，便可獲得礦物種屬和含量。紅外光譜分析具有用樣少（0.2~1mg）、制樣過程簡單和不損壞礦物的優(yōu)點，可用于鑒定礦物種屬和確定礦物成分。缺點是不能鑒定微量組份以及礦物組份和相互關(guān)系，無法鑒定間層粘土礦物等。

2.4其他方法

化學(xué)分析是粘土礦物研究中一種比較傳統(tǒng)和成熟的方法，在XRD、熱分析等先進儀器未研發(fā)之前，粘土礦物都是通過化學(xué)分析完成。近些年隨著XRD、熱分析、紅外光譜、掃描電鏡/透射電鏡等分析技術(shù)的發(fā)展，尖端儀器分析鑒定粘土礦物完全可以取代化學(xué)分析。化學(xué)分析在計算礦物結(jié)構(gòu)式和陽離子方面貢獻突出（任磊夫等，1992;趙杏媛等，1995）。

3局限性

自生粘土礦物和碎屑粘土礦物之間的區(qū)別是有問題的，特別是關(guān)于蒙脫石。由于地形、地貌、巖性和時間等氣候外因素的干擾，氣候參數(shù)與粘土礦物形成的關(guān)系變得復(fù)雜。沉積后成巖作用可能無法識別。在運輸過程中，由于大小分選或不同絮凝作用而產(chǎn)生的分化可能與氣候誘導(dǎo)的分化重疊。粘土礦物組合與特定來源地區(qū)的結(jié)合存在困難，因為傳播途徑受到運輸媒介類型（如水、冰或風(fēng)）的影響。通過跨學(xué)科的方法，將來自粘土礦物的古氣候信息與來自微化石分析和氧同位素數(shù)據(jù)的信息相關(guān)聯(lián)，可以克服許多這些限制（SingerAetal.，1984）。

作者:冉亞洲 盧柯 單位:大陸動力學(xué)國家重點實驗室 中化地質(zhì)礦山總局陜西地質(zhì)勘查院