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伊利石

伊利石是常见的一种粘土矿物常由白云母钾长石风化而成并产于泥质岩中或由其他矿物蚀变形成。它常是形成其他粘土矿物的中间过渡性矿物。纯的伊利石黏土呈白色但常因杂质而染成黄绿褐等色。底面解理完全。

莫氏硬度1~2。比重2.6~2.9。伊利石是我国的一种新矿种。国内最初在浙江省温州市鹿城区双潮乡渡船头村发现伊利石矿,吉林省安图县伊利石资源非常丰富,已探明资源储量在1.4亿吨以上,远景储量超2亿吨,属于单一特大型砂质伊利石矿床。

伊利石具有富钾、高铝、低铁及光滑、明亮、细腻、耐热等优越的化学、物理性能。伊利石可自由释放负离子和远红外线。实验研究也证明,温度在100130℃,K+与H+比率接近正常海水时,蒙脱石失去层间水而向伊利石转化。但蒙脱石不能简单地通过离子交换转变成伊利石,原因是蒙脱石是一种典型的以水合阳离子及水分子作为层间物的3:1型粘土矿物,随着埋深的增加、温度的升高、压力的加大,蒙脱石将有一部分层间水脱出,造成了某些层间塌陷,导致了晶格的重新排列和碱性阳离子的吸附,首先形成蒙脱石伊利石混层矿物,进而转变为伊利石。一般认为蒙脱石向蒙脱石伊利石混层矿物转化的深度范围应在12003500 m之间。 [1]

伊利石常呈极细小的鳞片状晶体透射电子显微镜下呈不规则的或带棱角的薄片状有时也呈不完整的六边形和板条状形态 伊利石的片状或条状的晶体非常细小,通常呈土状集合体产出。

伊利石是介于云母和高岭石及蒙脱石间的中间矿物,成因有很多种:

(1)由长石和云母风化分解而成;

(2)蒙脱石受钾的交代;

(3)热液蚀变;

(4)胶体沉积的再结晶。广泛发育在风化壳、土壤及现代沉积物中,亦产于其他沉积岩和石灰岩中。

伊利石是一种类似云母的有层状结构的粘土矿物,也被称为水白云母。伊利石黏土(岩),又称水云母黏土,外观白色、灰白色,含杂质较多的呈灰色或黑色,土状、性脆、易碎、质地细腻、光滑,硬度小,久置水中不膨胀,松散有混浊现象。在煤系地层中伊利石黏土岩常在煤层夹矸石中呈透镜状或似层状产出。

伊利石理想化学组成为K<1(Al, R2+)2[(Si,Al) Si3O10][OH]2 nH2O晶体主要属单斜晶系的含水层状结构硅酸盐矿物。式中R2+代表二价金属阳离子主要为Mg2+Fe2+等。晶体结构与白云母的基本相同,也属于21型结构单元层的二八面体型。晶体有1M2M1Md和 3T等多型变体。

与白云母不同的是,层间K+的数量比白云母少,而且有水分子存在。因此伊利石也称为水白云母。还有人把它作为水云母的同义词。

很多伊利石是由白云母钾长石风化后变成的,并且伊利石还会再变成其他粘土矿物。伊利石黏土(岩)的矿物成分主要为伊利石,含少量的高岭石、蒙脱石绿泥石叶蜡石等。碎屑矿物常见的有石英、长石、铁质等。

伊利石黏土(岩)的化学成分因含有其它杂质变化较大,除SiO2、Al2O3含量高低差别较大外,而K2O和Na2O较稳定,一般K2O在6-~9-,Na2O在0.5-~1.5-之间。 [1]

伊利石是一种富钾的硅酸盐云母类黏土矿物,因其最早发现于美国的伊利岛而得其名。该矿物单斜晶系,晶体细小,其粒径通常在1~2μm以下,肉眼不易观察。

在电子显微镜下常呈不规则的鳞片状集合体,类似蒙脱石。伊利石纯者洁白,因含杂质而呈浅绿、浅黄或褐色。

块状者有油脂光泽。其硬度1~2,密度2.6~2.9 g/cm3。鳞片能剥开,但弹性比云母差。无膨胀性和可塑性;土壤中的伊利石能从钾肥中汲取钾,并使之储藏于层间。

伊利石黏土(岩)是分布最广的一种黏土岩,常见纯的伊利石黏土(岩)不多,往往与其它黏土矿物混杂在一起,成为复成分黏土岩。如果成分单纯,可以形成伊利石黏土矿,如我国四川、湖北西部、河北校付等地都有伊利石黏土(岩)的产出。 [1]

伊利石黏土(岩)的用途很广,在陶瓷工业上利用伊利石黏土(岩)作为生产高压电瓷、日用瓷的原料,在化工工业上用作造纸、橡胶、油漆的填料,在农业上作为制取钾肥等。

伊利石黏土可以作为新型陶瓷原料作耐高温汽缸的助熔剂和在核废料处理上吸附以防辐射并可以作化妆品或塑料的填料。纯的白色伊利石也可以代替高岭石作为造纸涂层还能用来生产汽车外壳的喷镀材料及电焊条

伊利石的工业用途极为广泛,可用于制作钾肥、高级涂料及填料、陶瓷配件、高级化妆品、土壤调整剂、家禽饲料添加剂、高层建筑的骨架配料和水泥配料、核工业的污染净化和环境保护。其中微量元素可制作航天飞机的外层涂料。特别是在造纸、化妆品,陶瓷三大行业中,伊利石有着极大的应用价值。

近年来国际上很多研究证明经过加工的伊利石具有较好的抑菌效果,并且能的吸附多种有害重金属及有害气体。 [2]

油气成藏年代学是石油地质学的一个前沿研究领域。准确测定油气成藏年龄对油气成藏理论、分布规律以及资源评价具有重要意义。传统确定油气成藏期的方法是根据构造演化史、圈闭形成史以及烃源岩的生排烃史来间接地推断油气成藏的大致时间。随着同位素定年技术的发展与成熟,一些学者开始利用储层自生伊利石的 K-Ar (或40Ar-39Ar)年龄来限定油气成藏时间,其理论依据在于:在含钾的水介质条件下,砂岩矿物颗粒间发育自生伊利石。油气注入储集层达到较高的油气饱和度后,自生伊利石便终止生长。因此可以利用储集层中自生伊利石的最小年龄限定油气充注的最大年龄。

20 世纪 80 年代中期以来,国外一些学者利用伊利石 K-Ar 年龄研究北海油田的成藏时间。90年代后期,王飞宇等把该方法介绍到国内,中国石油勘探开发研究院购进 Micromass 5400 质谱计,开展伊利石K-Ar 法定年工作。

Dong等最早尝试伊利石40Ar-39Ar 定年,王龙樟等进行了天然气藏伊利石40Ar- 39Ar 定年探讨。与 K-Ar 法相比,40Ar-39Ar 法有明显的优势:①实验精度高,所需样品量显著减少。砂岩岩芯样品孔隙中发育的自生伊利石较少,而且分离提取周期较长。40Ar-39Ar 定年所需样品量大约为10 mg,这无疑是非常有利的。 ②40Ar-39Ar 定年法只需测定 1份活化样品的 Ar 同位素比值即获得高精度的年龄,避免了传统 K-Ar 法K、Ar分析的 2 份样品不均匀性问题。③利用阶段加热技术获得伊利石40Ar-39Ar 年龄谱,据此可能识别样品中不同组分对年龄谱的贡献。因现有分离技术难以获得真正纯净的自生伊利石,科学合理地解释40Ar-39Ar 年龄谱的意义,对讨论油气成藏年龄是极其重要的。

地质背景与样品特征

实验样品采自珠江口盆地珠一坳陷第三纪珠海组砂岩储层,砂岩厚度较大,发育多套下粗上细不完整正旋回,珠海组地层年龄范围为 21.0~25.5 Ma。样品06ZJ26I 取自HZ19-2-1井3676.95 m深处,采集样品含油饱和度较高,且石英含量较高,颗粒间填隙物广泛发育高岭石、伊利石和绿泥石等粘土矿物。

粉末衍射鉴定结果(表1和图1)表明分选的伊利石样品中伊利石和伊/蒙混层含量较高。砂岩样品扫描电镜分析(图2)表明,伊利石广泛分布,常见粒表和粒间丝状伊利石、粒表溶蚀坑内丝状伊利石、粒间自生石英晶体与丝状伊利石共生,同时存在少量次生孔隙内片状碎屑伊利石及颗粒表面少量片状伊利石与次生石英、高岭石共生。总体说来,珠江口盆地油气储集层砂岩的自生伊利石发育程度较差。

结果与讨论

自生伊利石油气成藏定年应具备以下条件。首先,砂岩储层含油饱和度要高。如果储层油气充注不足以完全排走富 K 含水介质,无法阻止自生伊利石的继续形成,自生伊利石低温年龄就不能真正代表油气成藏的关键时期。其次,自生伊利石发育程度较好,40A r-39Ar 定年样品的自生伊利石含量越高,其40Ar-39Ar 年龄谱中自生伊利石释出的气体占总气体量的比例越高,低温阶段“年龄坪”所占的39Ar比例越大,它代表油气成藏年龄的可信程度也就越高。在样品分离过程中,应该尽量避免富K矿物因过度破碎到μm级粒度而混入到粘土矿物中。对于μm级的自生伊利石,核反冲的影响是必须考虑的。核反冲使39Ar丢失,会使得相对应的40Ar-39Ar年龄偏老。 [3]

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