方沸石的成因分類綜述

白楊　李哲萱　張橋　欒紀(jì)昊

摘要：本文對(duì)常見(jiàn)的方沸石的成因進(jìn)行了總結(jié)，將其成因分為六種：巖漿型方沸石（P型或I型）、轉(zhuǎn)變型方沸石（X型或L型）、熱液型方沸石（H型）、變質(zhì)型方沸石（M型）、沉積型方沸石（S型）以及熱水沉積型方沸石。

關(guān)鍵詞：方沸石；沸石；成因

The review of genetic calssification of analcime

BAI Yang LI Zhe—xuan ZHANG Qiao LUAN Ji—hao

Geology Department of Northwest University，Xian 710069

Abstract： In this paper， the causes of common analcime are summarized， the causes are divided into six types： magmatic type zeolite （P or I）， change the type of analcime （X or L）， hydrothermal type zeolite （H type）， metamorphic type （M type）， Fang Feishi sedimentary type zeolite （S type） and hydrothermal deposition type zeolite.

Key words：Analcime；Zeolite；Origin

方沸石（analcime）是一種富鈉的鋁硅酸鹽礦物，其理想結(jié)構(gòu)的化學(xué)分子式為Na16Al16Si32O96·16H2O，形成于各種不同成因的巖石中，常與其他沸石礦物共生。方沸石在巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖中均可產(chǎn)出，國(guó)內(nèi)對(duì)其成因均有報(bào)道。1797年，AbbeHaiiy首次命名產(chǎn)于中新生代火山巖中的斑晶方沸石，之后不同產(chǎn)狀的方沸石陸續(xù)被報(bào)道。20世紀(jì)50～60年代是學(xué)者們掀起研究和利用沉積巖中沸石的高潮，而在70年代開(kāi)始，巖漿巖中的白榴石和方沸石受到人們的關(guān)注。而到了90年代，學(xué)者們?yōu)楫a(chǎn)自于玄武巖或堿性噴出巖中方沸石斑晶是巖漿結(jié)晶還是由白榴石轉(zhuǎn)變而爭(zhēng)論不休。在21世紀(jì)，全球不同產(chǎn)地方沸石產(chǎn)狀被零屋的報(bào)道[1]。

國(guó)外許多學(xué)者曾對(duì)方沸石的成因及形成環(huán)境進(jìn)行總結(jié)，然而，最具代表性的分類方案同樣是1989年由Luhr和Kyser提出，他們將方沸石劃分為5種類型（表1），后續(xù)的研究者認(rèn)可了這種方沸石的成因分類方案和代號(hào)，并使用于后來(lái)的研究當(dāng)中。本文即是在此種分類方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行論述與總結(jié)。

1. 巖漿方沸石（P型或I型）

巖漿型和轉(zhuǎn)變型方沸石主要出現(xiàn)在火成巖中，并且，對(duì)于響巖和煌斑巖中的方沸石斑晶的成因問(wèn)題自20世紀(jì)初一直困擾著許多地質(zhì)學(xué)家（Kmght， 1904；Daly， l9l2；Washington， l9l4； MacKeruie， l9l5；Prisson， l9l5）。巖漿型成因的方沸石是直接從硅酸鹽熔體中結(jié)晶而來(lái)的，支持者（Larsen 和 Buie， 1938； Wilkinson，1968； Pearce，1 970；C，undari， 1973； Roux 和 Hamilton， 1976； Woolley 和 Symes， 1976； Ferguson 和 Edgar，1 978；Church，1978，1979；Edgar，1979；Luhr 和 Carmichael， 1981）給出的證據(jù)如下：（1）晶體是自形的；（2）母巖新鮮并且其他的火成巖相（igneous phases）尤其是火山玻璃和橄欖石沒(méi)有顯示出蝕變的跡象；（3）含水巖漿，出現(xiàn)了其他例如角閃石等的含水礦物；（4）Na的含量控制著分異的趨勢(shì)；（5）在簡(jiǎn)單的試驗(yàn)系統(tǒng)下，方沸石可以在液體中晶出[3]。國(guó)內(nèi)已報(bào)道的原生方沸石只有青藏高原當(dāng)雄地區(qū)的方沸石響巖（蔣云，2008），其中方沸石呈現(xiàn)肉紅色[4]。

2. 轉(zhuǎn)變型方沸石（X型或L型）

轉(zhuǎn)變型方沸石是白榴石、霞石或沸石等礦物通過(guò)離子交換而形成，實(shí)驗(yàn)表明，在低溫下，白榴石、霞石、鈉長(zhǎng)石以及其它礦物可以通過(guò)與水溶液反應(yīng)生成方沸石[5—6]。其區(qū)別于巖漿型方沸石的特征為：體積增大，顆粒不規(guī)則，晶體表面粗糙以及微孔和裂隙發(fā)育。支持轉(zhuǎn)變說(shuō)的學(xué)者認(rèn)為一些原生的巖漿礦物（例如白榴石與霞石）向方沸石的轉(zhuǎn)變過(guò)程是極易發(fā)生的。后續(xù)的學(xué)者（Giampaolo等， 1997； Redkin和Hemley，2000）[7—8]使這一理論進(jìn)入了新的階段。

3. 熱液型方沸石（H型）

H型方沸石即熱液（熱水）方沸石（hydrothermal analcime）是在鐵鎂質(zhì)巖石的孔洞處由巖漿期后的流體中晶出[9]，一般為脈狀充填或與熱泉有關(guān)，與基性巖伴生（據(jù)蔣云，2008）。熱液型方沸石常常為單晶，粒徑在1mm—1cm之間，具有明顯的{211}和{100}晶面。它由結(jié)構(gòu)不同的原始物質(zhì)（例如霞石、石英、鈉長(zhǎng)石或者火山玻璃）溶解后從熱水溶液中重結(jié)晶而來(lái)。

4. 變質(zhì)型方沸石（M型）

變質(zhì)作用形成的方沸石，通常與其它沸石共生。關(guān)于此種方沸石文獻(xiàn)報(bào)道較少。變質(zhì)型方沸石與沉積型方沸石都是在埋藏成巖過(guò)程中產(chǎn)生，由于溫度壓力增加而形成的變質(zhì)成因的方沸石與經(jīng)歷了淺埋藏變質(zhì)環(huán)境的成巖作用早期階段形成的沉積型方沸石可能難以區(qū)分[10]。

5. 沉積型方沸石（S型）

Hay編寫的《沉積巖中的沸石及其成因》（黃典豪譯）一書中較為系統(tǒng)地闡述了沉積巖中方沸石的成因和產(chǎn)狀。他在文中將沸石的沉積環(huán)境分為非海相鹽堿環(huán)境和淡水、海相沉積環(huán)境兩大類，并且認(rèn)為大部分的方沸石都是由火山玻璃蝕變而來(lái)。方沸石在海相沉積物和淡水沉積物內(nèi)通常作為火山玻璃蝕變的產(chǎn)物，而鹽堿環(huán)境下的方沸石成因則較為復(fù)雜。

對(duì)于鹽堿湖環(huán)境下的方沸石研究，Sheppard 和Gude（1968， 1969， 1973）、Hay（1966，1970）、Surdam 和Parker（1972）以及Surdam 和Eugster（1976）[11—16]認(rèn)為鹽堿湖環(huán)境下的方沸石通常由火山玻璃和鹽堿性的溶液反應(yīng)而來(lái)；Surdam and Sheppard（1978）確立了由火山玻璃形成的堿性沸石的共生序列，并且認(rèn)為方沸石并不能直接從火山玻璃中形成而是通過(guò)以下反應(yīng)：硅質(zhì)玻璃+鹽堿湖水→前體（precursor mineral）+鹽堿湖水→方沸石。堿性沸石是現(xiàn)代湖泊和古代湖相沉積中報(bào)道最多的先導(dǎo)礦物。堿性沸石向方沸石轉(zhuǎn)變的反應(yīng)引起鹽度和堿度的增加，這是因?yàn)檫@些參數(shù)的增加減少了水的活性以及硅鋁比并且增加了Na/H+比，這些都有利于方沸石的形成。除堿性沸石以外，火山玻璃轉(zhuǎn)變而來(lái)的膠體（Surdam和Eugster， 1976；English，2001；Roy 等，2006）[17—18]和粘土礦物（Brobst和Tucker，1973）[19]及長(zhǎng)石（Surdam和Sheppard，1978）[16]也被報(bào)道為方沸石的先導(dǎo)礦物。

通常情況下，大部分已有報(bào)道的沉積巖中的方沸石是通過(guò)火山玻璃和堿性水反應(yīng)而來(lái)，然而，仍有一部分方沸石出現(xiàn)在沒(méi)有火山碎屑物質(zhì)的沉積區(qū)，在類似的鹽堿環(huán)境下由長(zhǎng)石及粘土礦物等轉(zhuǎn)變而來(lái)（Joulia等，1958；Vanderstappen和Verbeek，1959；Hay和Moiola，1963；Van Houten，1960，1965；Hay，1966，1970；surdam 和Engster，1976）。近幾年有關(guān)方沸石的報(bào)道所探討的熱點(diǎn)也集中在這一成因類型上，例如Campo 等在阿根廷西北部古近系缺少火山物質(zhì)的湖相沉積巖中也發(fā)現(xiàn)了大量自生方沸石，研究認(rèn)為其是在同生—淺埋藏環(huán)境由鹽堿性湖水或孔隙水與沉積物中的黏土、長(zhǎng)石相互作用而生成的[20]。并且張躍等（2015）認(rèn)為在大港油田發(fā)現(xiàn)的沙河街早期的細(xì)粒巖中的方沸石就是從粘土礦物轉(zhuǎn)變而來(lái)[21]。

6. 熱水沉積型方沸石—一種特殊的成因類型

除以上總結(jié)的沉積巖中方沸石成因的幾種類型之外，還有一種特殊的成因類型，該種方沸石僅在我國(guó)見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道，即建立于酒西盆地青西凹陷下溝組細(xì)粒含方沸石白云巖成因解釋之上的熱水沉積假說(shuō)[22—23]。柳益群、李紅[24—26]等認(rèn)為三塘湖盆地蘆草溝組中的方沸石巖是一類與陸相裂谷盆地湖底熱泉噴流作用有關(guān)的熱水沉積巖，該種方沸石以紋層狀，手標(biāo)本及鏡下略顯紅色為特征。另外，該成因也被應(yīng)用于內(nèi)蒙古二連盆地白音查干凹陷騰格爾組的研究中[27]。

以上為筆者總結(jié)的國(guó)內(nèi)外已有報(bào)道的幾中方沸石的主要成因類型。方沸石在中國(guó)西部地區(qū)廣泛發(fā)育，對(duì)于膠結(jié)相中的自生方沸石已有不少文獻(xiàn)報(bào)道，而其它類型的方沸石鮮有報(bào)道。近年來(lái)本團(tuán)隊(duì)在對(duì)新疆地區(qū)的研究過(guò)程中，在三塘湖盆地、吉木薩爾凹陷及本研究區(qū)準(zhǔn)東北部均發(fā)現(xiàn)大量的方沸石。方沸石作為最常見(jiàn)的礦物之一，形態(tài)產(chǎn)狀復(fù)雜，在多種巖性中均有發(fā)育，含量最多高達(dá)70%，但目前尚未進(jìn)行系統(tǒng)研究。因此，對(duì)研究區(qū)的方沸石進(jìn)行分類與成因分析具有重大意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 肖平. 鄂爾多斯盆地白堊系方沸石的礦物學(xué)研究[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2014.

[2] Remy， R.R. and Ferrell， R.E. （1989） Distribution and origin of analcime in marginal lacustrine mudstones of the Green River Formation， south—central Uintsa Basin， Utah. Clays and Clay Minerals， 37， 419_432.

[3] Bonney T G， Parkinson J. On Primary and Secondary Devitrification in Glassy Igneous Rocks[J]. 1903， 59：429—444.

[4] 蔣云，趙珊茸，馬昌前，張金陽(yáng). 青藏高原當(dāng)雄地區(qū)方沸石響巖的主要造巖礦物特征：原生方沸石的證據(jù)[J]. 地球科學(xué)（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)），2008，03：320—328.

[5] Saha，P （1959）G eochemicaal nd X—ray investigationo fnatural and synthetica nalcitesA. mericanM ineralogist4， 4， 300—313.— （ l96l） The system NaAlSiOr （nephelinelNaAlSiO， （albitefH，OAmericanM ineralogist4， 6， 859—884

[6] Gupta A K， Fyfe W S. Leucite survival； the alteration to analcime[J]. Canadian Mineralogist， 1975.

[7] Giampaolo C， Godano R F， Sabatino B D， et al. The alteration of leucite—bearing rocks： A possible mechanism[J]. European Journal of Mineralogy， 1997， 9（6）：1277—1291.

[8] Redkin A F， Hemley J J. Experimental Cs and Sr sorption on analcime in rock—buffered systems at 250—300°C and P（sat） and the thermodynamic evaluation of mineral solubilities and phase relations[J]. European Journal of Mineralogy， 2000， 12（5）：999—1014.

[9] Putnis，A.，Putnis，C.，Giampaolo，C.，1994.The microtexture of analcime phenocrysts in igneous rocks.Europe an Journal of Mineralogy，6：627—632.

[10] Coombs D S， Whetten T. Composition of Analcime from Sedimentary and Burial Metamorphic Rocks1[J]. Geological Society of America Bulletin， 2010， 8（2）：265—279.

[11] Sheppard， R.A. and Gude， A.J. （1968） Distribution and genesis of authigenic silicate minerals in tuffs of Pleistocene Lake Tecopa， Inyo County， California. U.S. Geological Survey Professional Paper， 597， 38 pp.

[12] Sheppard， R.A. and Gude， A.J. （1969） Diagenesis of tuffs in the Barstow Formation， Mud Hills， San Bernardino County， California. U.S. Geological Survey Professional Paper， 634， 35 pp.

[13] Hay， R.L. （1966） Zeolites and zeolitic reactions in sedimentary rocks. Geological Society of America Special Paper， 85， 130 pp.

[14] Hay， R.L. （1970） Silicate reactions in three lithofacies of a semi—arid basin， Olduvai Gorge， Tanzania. Mineralogical Society of America Special Paper， 3， 237_255.

[15] Surdam， R.C. and Eugster， H.P. （1976） Mineral reactions in the sedimentary deposits of the Lake Magadi region， Kenya. Geological Society of America Bulletin， 87， 1739_1752. Surdam， R.C. and Parker， R.B. （1972） Authigenic aluminosilicate minerals in the tuffaceous rocks of the Green River Formation， Wyoming. Geological Society of America Bulletin， 83， 689_700.

[16] Surdam， R.C. and Sheppard， R.A. （1978） Zeolites in saline， alkaline—lake deposits. Pp. 145_174 in： Natural Zeolites： Occurrence， Properties， Use （L.B. Sand and F.A. Mumpton， editors）. Pergamon Press， Elmsford， New York.

[17] English， P. M. Formation of analcime and moganite at Lake Lewis， central Australia： significance of groundwater evolution in diagenesis[J]. Sedimentary Geology， 2001， 143（3—4）：219—244.

[18] Roy P D， Smykatz—Kloss W， Sinha R. Late Holocene geochemical history inferred from Sambhar and Didwana playa sediments， Thar Desert， India： Comparison and synthesis[J]. Quaternary International， 2006， 144（144）：84—98.

[19] Brobst D A， Tucker J D. X—ray mineralogy of the Parachute Creek Member， Green River Formation， in the northern Piceance Creek basin， Colorado[J]. Professional Paper， 1973.

[20] Campo M D， Papa C D， Jiménez-Millán J， et al. Clay mineral assemblages and analcime formation in a Palaeogene fluvial–lacustrine sequence （Maíz Gordo Formation Palaeogen） from northwestern Argentina[J]. Sedimentary Geology， 2007， 201（1-2）：56-74.

[21] 張躍，陳世悅，孟慶愛(ài)，鄢繼華，蒲秀剛，韓文中. 黃驊坳陷滄東凹陷孔二段細(xì)粒沉積巖中方沸石的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義[J]. 中國(guó)石油勘探，2015，04：37—43.

[22] 鄭榮才，文華國(guó)，范銘濤，汪滿福，吳國(guó)瑄，夏佩芬. 酒西盆地下溝組湖相白煙型噴流巖巖石學(xué)特征[J]. 巖石學(xué)報(bào)，2006，12：3027—3038.

[23] 鄭榮才，王成善，朱利東，劉紅軍，方國(guó)玉，杜文博，王崇孝，汪滿福. 酒西盆地首例湖相“白煙型”噴流巖──熱水沉積白云巖的發(fā)現(xiàn)及其意義[J]. 成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，01：1—8.

[24] 柳益群，焦鑫，李紅，袁明生，YANG Wan，周小虎，梁浩，周鼎武，鄭朝陽(yáng)，孫芹，汪雙雙. 新疆三塘湖躍進(jìn)溝二疊系地幔熱液噴流型原生白云巖[J]. 中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，2011，12：1862—1871.

[25] 柳益群，李紅，朱玉雙，胡亭，傅國(guó)斌，劉洪福，周小虎，鄭朝陽(yáng)，樊婷婷. 白云巖成因探討：新疆三塘湖盆地發(fā)現(xiàn)二疊系湖相噴流型熱水白云巖[J]. 沉積學(xué)報(bào)，2010，05：861—867.

[26] 李紅， 柳益群， 梁浩，等. 三塘湖盆地二疊系陸相熱水沉積方沸石巖特征及成因分析[J]. 沉積學(xué)報(bào)， 2012， 30（2）：205—218.

[27] 祝海華， 鐘大康， 姚涇利，等. 堿性環(huán)境成巖作用及對(duì)儲(chǔ)集層孔隙的影響—以鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段致密砂巖為例[J]. 石油勘探與開(kāi)發(fā)， 2015， 42（1）：51—59.