不同地質(zhì)時(shí)期海綠石發(fā)育特征差異及成因

張 琴，周 琛，田寒云，王 凱，宋澤平，董岐石

［1. 中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2. 中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249；3. 中國(guó)石化勝利油田分公司勝利采油廠管理七區(qū)，山東東營(yíng)257000］

總體上海綠石被認(rèn)為是一類富鉀、富鐵、含水的二八面體云母類礦物，從前寒武紀(jì)到第四紀(jì)均有發(fā)育［1-2］，在地質(zhì)歷史時(shí)期海綠石的出現(xiàn)主要呈現(xiàn)兩個(gè)峰期，即早古生代和晚中生代［3］。砂巖、頁巖、泥巖和碳酸鹽巖中均有發(fā)育［2-6］，現(xiàn)代海綠石在較深的陸棚和斜坡區(qū)出現(xiàn)，經(jīng)常被用來推斷解釋古代含海綠石沉積層序的沉積環(huán)境［2］。然而，古代海綠石在淺海陸棚、陸架斜坡、潮坪、深海、瀉湖、臺(tái)地、三角洲和湖泊等多種沉積環(huán)境中都有發(fā)育［7-8］，且在海綠石發(fā)育的過程中往往經(jīng)歷了不同程度的海侵［1，9］。海綠石在顯微鏡下呈現(xiàn)出多種形態(tài)［10-11］，這與海綠石自身的形成環(huán)境和成因有關(guān)［10］。目前，海綠石按照成因機(jī)制可分為“原生”和“次生”兩類，只有原生的海綠石具有指相作用［11-12］。前人對(duì)不同地區(qū)海綠石的研究也提出了多種海綠石的成因機(jī)理［1，2，7，10，12-13］，至今還無統(tǒng)一的形成模式。而對(duì)海綠石成因的研究主要是通過實(shí)驗(yàn)室化學(xué)成分的定量分析，確定海綠石的化學(xué)式，利用海綠石的層間離子置換關(guān)系以及不同氧化物之間的相關(guān)性，再結(jié)合宏觀上的沉積環(huán)境進(jìn)行具體的成因判斷。綜上所述，海綠石的賦存形態(tài)復(fù)雜多樣，沒有統(tǒng)一的化學(xué)式，其成熟度和形成機(jī)理也不一樣，而海綠石在不同地質(zhì)歷史時(shí)期的發(fā)育特征包括賦存形態(tài)和成分方面的差異性及其對(duì)應(yīng)的成因機(jī)理很少有文獻(xiàn)提及，有個(gè)別學(xué)者試圖將海綠石成分與沉積環(huán)境聯(lián)系起來［6-8］，也有人對(duì)影響海綠石成分的因素進(jìn)行了一些初步的探討［3，6，8，13］，但是還缺乏系統(tǒng)研究。

前期對(duì)華北地區(qū)青白口系砂巖與粉砂巖中的海綠石和奧連特盆地白堊系砂巖中發(fā)育的海綠石樣品進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)地區(qū)分別發(fā)育在前寒武紀(jì)和顯生宙的海綠石在賦存形態(tài)、化學(xué)組成和成因機(jī)理方面均存在差異。隨后對(duì)分別發(fā)育于前寒武紀(jì)和顯生宙的海綠石相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了大量系統(tǒng)調(diào)研與整理，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)時(shí)期發(fā)育的海綠石在各種特征方面也存在明顯的差異。因此，本文主要對(duì)發(fā)育于前寒武紀(jì)及顯生宙的海綠石相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行整理與分析，并結(jié)合前期對(duì)華北地區(qū)青白口系海綠石和奧連特盆地白堊系海綠石的大量薄片鑒定、電子探針、掃描電鏡、微量元素等實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行賦存形態(tài)、成分組成、成熟度等方面的研究，對(duì)不同時(shí)期和不同地區(qū)海綠石的賦存形態(tài)、化學(xué)組成及其與成熟度的關(guān)系進(jìn)行對(duì)比分析，并從海綠石的形成環(huán)境、離子來源和形成條件等方面進(jìn)行海綠石成因機(jī)理的探討，以期完善海綠石的成因理論，探究海綠石的環(huán)境指相意義。

1 不同時(shí)期、不同地區(qū)海綠石的賦存形態(tài)

顯微鏡下觀察不同時(shí)期的海綠石發(fā)現(xiàn)，海綠石粒度從幾十微米到幾百微米，顏色以深綠色為主，淺綠色、淡黃綠色次之。正交偏光下，海綠石往往以微晶質(zhì)集合體存在，微晶呈不同色調(diào)且各自消光，呈集合消光特征。海綠石形態(tài)差異較大，多為顆粒狀和團(tuán)粒狀以及不規(guī)則的膠結(jié)物狀（表1）。前人在研究中對(duì)海綠石的形態(tài)特征描述多樣，同一形態(tài)可能會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)名稱。張琴等（2016）綜合考慮海綠石與成因的聯(lián)系，并根據(jù)大量的研究實(shí)例，將海綠石的形態(tài)分為7類，分別為顆粒狀、暈邊狀、碎屑假象狀、膠結(jié)物或膠體狀、色素侵染狀、內(nèi)膜狀、包殼狀或薄膜狀，其中內(nèi)膜狀、包殼狀或薄膜狀為原地海綠石的標(biāo)志，碎屑假象狀為原地和準(zhǔn)原地海綠石的標(biāo)志［10］。通常在對(duì)某個(gè)地區(qū)的海綠石進(jìn)行研究時(shí)會(huì)在鏡下觀察到多種形態(tài)的海綠石，但是在對(duì)海綠石的形態(tài)研究中若只是依據(jù)形態(tài)分類會(huì)過于繁雜，因而前人在研究時(shí)傾向于將海綠石形態(tài)結(jié)合其他特征分為兩到三類進(jìn)行分析，如結(jié)合形成海綠石的不同的基質(zhì)、海綠石發(fā)育過程中搬運(yùn)位置不同、海綠石的不同的成熟度或發(fā)育海綠石的不同的巖性對(duì)海綠石進(jìn)行分類研究［6，8，12-13］。

表1 不同時(shí)期、不同地區(qū)海綠石賦存形態(tài)Table 1 Occurrence of glauconites formed in diverse geologic periods and regions

總結(jié)前人的研究發(fā)現(xiàn)，海綠石的形態(tài)大體可以歸結(jié)為3種類型。

1）顆粒狀海綠石，為比較常見的形態(tài)。又可細(xì)分為兩類，一種是碎屑顆粒狀，是由原來的海綠石集合體經(jīng)過搬運(yùn)、打碎、磨蝕而形成的，具有一定的磨圓度，如奧連特盆地白堊系發(fā)育很多碎屑顆粒狀海綠石（圖1a）；另一種為交代顆粒狀海綠石，是由早期的顆粒經(jīng)過交代而成的，海綠石的粒徑、形態(tài)在很大程度上受控于基質(zhì)礦物的形態(tài)［1］，因而進(jìn)一步可以依據(jù)基質(zhì)類型分為石英型（圖1b）、長(zhǎng)石型（圖1c）、糞球粒型（圖1d）、生物碎屑型（圖1e）、云母型（圖1f）及基質(zhì)徹底改變型（圖1g）。其中，基質(zhì)徹底改變型即原始基質(zhì)類型被徹底改變，很難將其與任何原基質(zhì)相關(guān)聯(lián)，其原始基質(zhì)可能為石英或長(zhǎng)石或其他基質(zhì)。

2）膠結(jié)物或膠體狀海綠石，此種類型也較為常見。海綠石可發(fā)育于顆粒間的孔隙中（圖1h）、疊層石的柱間微孔中（圖1i）、石英次生加大邊內(nèi)外呈膜狀（圖1j）或沿著長(zhǎng)石和石英等基質(zhì)的裂隙生長(zhǎng)呈裂縫充填狀海綠石（圖1k）。碎屑顆粒狀海綠石被搬運(yùn)之前也應(yīng)該歸為膠體狀海綠石。

3）暈邊狀海綠石（圖1l），指早期顆粒狀海綠石外部又包裹一圈薄的淺色海綠石外殼。這種海綠石暈邊和內(nèi)核分屬于不同的成熟度階段，指示了兩個(gè)期次的海綠石化作用，因而是準(zhǔn)原地海綠石的重要標(biāo)志［10］。

圖1 不同時(shí)期、不同地區(qū)海綠石形態(tài)特征（普通薄片照片）Fig.1 Micrographs showing the occurrence of glauconites formed in diverse geological ages and regions

目前發(fā)現(xiàn)的前寒武紀(jì)呈顆粒形態(tài)的海綠石大部分發(fā)育在砂巖中，鉀長(zhǎng)石是其發(fā)育的最好基質(zhì)，因而多為長(zhǎng)石型顆粒狀海綠石［8，17，22］，而顯生宙海綠石存在多種基質(zhì)，但是糞球?；蛏锼樾夹蜑轱@生宙發(fā)育最多的海綠石［2-3，23］。另外在奧連特盆地白堊系發(fā)育較多的碎屑顆粒狀海綠石。膠體狀與膠結(jié)物狀賦存形態(tài)在前寒武紀(jì)和顯生宙的海綠石中均廣泛發(fā)育［4，22］。

2 不同時(shí)期海綠石化學(xué)組成和成熟度差異

2.1 海綠石化學(xué)特征

對(duì)不同時(shí)期、不同地區(qū)海綠石的電子探針實(shí)驗(yàn)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明（表2），海綠石的化學(xué)組成以SiO2，F(xiàn)e2O3，Al2O3，K2O 和MgO 5 種氧化物為主，另有少量NaO，CaO 和MnO 等，但由于含量太少，各種樣品中差異不大，在表2中省略。海綠石中TFe2O3，Al2O3，K2O和MgO 的含量隨地質(zhì)時(shí)代的變化而變化［2］，從表中的數(shù)據(jù)可以看出，所有氧化物中SiO2的含量最高，這是由于海綠石是一種2∶1 層型的硅酸鹽礦物，礦物結(jié)構(gòu)的四面體主要由Si-O 構(gòu)成［2］；表中SiO2含量在各個(gè)時(shí)期均比較穩(wěn)定，現(xiàn)代海綠石中SiO2含量相對(duì)較低，只有44.65 %。前寒武紀(jì)、顯生宙海綠石中MgO 的含量相差不大，但相較而言，現(xiàn)代海綠石中MgO 含量（5.08 %）較低。前寒武紀(jì)海綠石中K2O 含量為6.65 %~10.59 %，普遍較高，而顯生宙K2O 的含量為4.30%~8.83%，其含量值范圍變化較大，但均高于現(xiàn)代海綠石樣品中K2O的含量（3.28%）。從表中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，顯生宙海綠石中TFe2O3含量為7.98 %~30.75%，含量值范圍較大，但總體上均高于前寒武紀(jì)的海綠石樣品中TFe2O3的含量（4.50 %~11.82 %）；Al2O3的含量與Fe2O3呈負(fù)相關(guān)的分布特征。從各種氧化物含量的分布圖（圖2）也可以直觀看出，顯生宙海綠石樣品具有高Fe2O3低Al2O3的特點(diǎn)，而前寒武紀(jì)海綠石樣品具有高Al2O3低Fe2O3的特點(diǎn)，因而兩個(gè)不同時(shí)期海綠石的化學(xué)組成差異顯著。

圖2 不同時(shí)期海綠石K2O，F(xiàn)e2O3，Al2O3含量分布Fig.2 Contents of K2O，F(xiàn)e2O3 and Al2O3 of glauconites formed in diverse geologic periods

表2 不同時(shí)期、不同地區(qū)海綠石氧化物含量范圍Table 2 Oxide content range of glauconites formed in diverse geologic periods and regions

基于海綠石每個(gè)結(jié)構(gòu)單元中含有的O1（0OH）2，對(duì)海綠石的化學(xué)結(jié)構(gòu)式進(jìn)行了計(jì)算，海綠石中同時(shí)存在Fe3+與Fe2+，但由于電子探針實(shí)驗(yàn)難以區(qū)分Fe3+與Fe2+，且Fe3+是海綠石中Fe的主要存在方式［9，22］，因而可近似將TFe 看作Fe3+進(jìn)行海綠石晶體化學(xué)式計(jì)算［3］。從不同時(shí)期海綠石八面體中Fe3+與Al3+交會(huì)圖（圖3）可以看出，顯生宙與前寒武紀(jì)海綠石處于圖中不同的區(qū)間，即顯生宙海綠石八面體陽離子部分表現(xiàn)Al3+含量較低、Fe3+含量較高的特征，前寒武紀(jì)的海綠石樣品表現(xiàn)出Al3+含量較低、Fe3+含量較高的特征，而各個(gè)時(shí)期的樣品中均呈現(xiàn)出八面體中Al3+與TFe 呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這一現(xiàn)象反映了在成熟過程中海綠石中的Fe與Al組分可能發(fā)生了相互取代［5，8-9，11，17，24］。

圖3 不同時(shí)期海綠石八面體Fe-Al含量交會(huì)圖Fig.3 Cross correlation showing the Fe and Al content of glauconites formed in diverse geologic periods

2.2 海綠石成熟度特征

前人研究表明，不同成熟度的海綠石會(huì)表現(xiàn)出不同的微觀形態(tài)以及不同的晶體結(jié)構(gòu)［1，25］。初生海綠石為不定形的細(xì)小顆粒（圖4a）［10］，在低成熟階段小顆粒相互依附形成毛蟲狀（圖4b），較成熟的海綠石則會(huì)呈現(xiàn)片狀（圖4c），到演化程度更高的高成熟度海綠石會(huì)形成片狀集合的花簇狀形態(tài)（圖4d）。

圖4 不同成熟度海綠石顆粒表面形態(tài)特征（掃描電鏡照片）Fig.4 Morphology of glauconite particles of diverse maturity（micrographs from SEM）

海綠石中K2O 含量是分析其成熟度的重要指標(biāo)。根據(jù)K2O 含量可以分為初生的海綠石（＜4%）、低成熟的海綠石（4%~6%）、成熟的海綠石（6%~8%）和高成熟的海綠石（＞8 %）［1，27］。其中古元古代海綠石中K2O 含量為7.81 % ~ 9.27 %（表2），其絕大多數(shù)樣品中K2O含量高于8%，是高成熟的海綠石（表3）；中元古代3 個(gè)地區(qū)樣品K2O 含量變化范圍較大（表2），但也都是成熟- 高成熟度的海綠石；新元古代樣品數(shù)量較少，但總的看來前寒武紀(jì)海綠石演化程度均較高，為成熟-高成熟度的海綠石，如天津薊縣青白口系海綠石的K2O含量為8.05%~8.15%，為高成熟的海綠石［21］，印度溫德汗盆地凱穆爾組海綠石樣品中，K2O 含量最低也大于6%，屬于成熟-高成熟的海綠石［8］。顯生宙海綠石的成熟度為低- 高成熟（表3），新近紀(jì)及白堊紀(jì)樣品中海綠石成熟度為低成熟- 成熟（表3），如珠江口盆地白云凹陷珠江組泥巖樣品中海綠石的K2O 含量為4.6%，屬低成熟海綠石［11］，印度考維盆地上白堊統(tǒng)暈邊狀顆粒邊緣的K2O 含量在5 %左右，成熟度較低，而顆粒內(nèi)核的K2O 含量為6 % ~ 7 %，屬于成熟的海綠石［17］，其他時(shí)期的樣品均為成熟-高成熟（表3）。所以整體來看前寒武紀(jì)海綠石樣品成熟度更高一些。

表3 不同時(shí)期、不同地區(qū)發(fā)育的海綠石成熟度特征Table 3 Maturity of glauconites formed in diverse geologic periods and regions

前人研究認(rèn)為，海綠石的顏色也是指示成熟度的重要標(biāo)志，隨著成熟度的升高，海綠石的顏色依次變深，從黃綠色、淺綠色、翠綠色變?yōu)槟G色［1］。由表3中樣品成熟度與顏色的對(duì)應(yīng)關(guān)系也可以看出，成熟度高的海綠石樣品顏色更綠，這是由于八面體配位鐵的富集引起了光吸收，導(dǎo)致與海綠石交錯(cuò)的富鐵蒙脫石比例逐漸下降［6］。因而海綠石的成熟度不僅由鉀的增加來指示，還由Fe2+/Fe3+含量比值的增大來指示，隨著其值增大海綠石的顏色加深［6］，例如白堊紀(jì)考維盆地樣品中Fe2+/Fe3+比值為0.02［17］，白堊紀(jì)藏西南扎達(dá)縣嘎姐組Fe2+/Fe3+為0.46［3］，中元古代溫德汗盆地凱穆組Fe2+/Fe3+為0.8［8］，海綠石的顏色變化為黃棕色-綠色、綠色、綠色- 深綠色，相應(yīng)的海綠石成熟度也由低成熟- 成熟變?yōu)槌墒? 高成熟，即Fe2+/Fe3+比值變化控制著與海綠石成熟度相關(guān)的海綠石顏色的變化，這一點(diǎn)與張曉科等（2017）進(jìn)行的“海綠石化”模擬研究結(jié)論相符［24］。從顏色上來看不同時(shí)期的海綠石也具有差異性，顯生宙海綠石顏色主要為黃綠色-綠色，相較于前寒武紀(jì)的綠色-深綠色，其顏色較淺。

3 不同時(shí)期海綠石沉積環(huán)境

目前記錄最古老的海綠石產(chǎn)出于古元古代晚期［9］，寒武紀(jì)可能是整個(gè)古生代形成海綠石的最有利時(shí)期，白堊紀(jì)可能為中生代海綠石形成的最有利時(shí)期［2-3］。

大部分海綠石發(fā)育于陸棚環(huán)境（表4），也有極小部分發(fā)育于陸架斷裂以外的深海沉積環(huán)境。深海環(huán)境中Fe的可獲得性是控制海綠石演化的最重要因素［28］，因而深海堿性海水中Fe 的不可利用性可能是該環(huán)境中海綠石缺乏的主要原因之一［2，13］，而陸架環(huán)境是海綠石形成的有利場(chǎng)所。從不同地質(zhì)時(shí)期來看，前寒武紀(jì)海綠石與顯生宙海綠石在沉積環(huán)境上存在明顯不同，前者大多分布在具較高沉積速率的潮間帶至潮下帶環(huán)境中，大多集中形成于淺水環(huán)境［4，14，29］，而后者大多分布在具較低沉積速率的中陸棚至上斜坡較深水環(huán)境中（表4）。由此推斷，在前寒武紀(jì)時(shí)期，普遍認(rèn)為的較深水環(huán)境的低沉積速率和埋藏作用不是該時(shí)期海綠石形成的首要控制因素［30］。

表4 不同時(shí)期、不同地區(qū)海綠石的沉積環(huán)境Table 4 Sedimentary environment of glauconites formed in diverse geologic periods and regions

海綠石常被看作海洋環(huán)境低沉積速率的標(biāo)志，在海綠石發(fā)生時(shí)期通常對(duì)應(yīng)著海侵時(shí)期［9］，而顯生宙中鉀含量高的原地海綠石更被認(rèn)為是有代表意義的凝縮段指相礦物和好的定年對(duì)象［31］。低氧沉積環(huán)境有利于海綠石的形成，例如中生代溫室氣候下淺海缺氧的條件促進(jìn)了海綠石的形成［32］。通常在海綠石發(fā)育時(shí)期對(duì)應(yīng)弱氧化-弱還原環(huán)境［29］，但海綠石的存在并不能判定沉積層序的特定體系域，對(duì)含海綠石單元的可靠層序地層解釋需要結(jié)合有關(guān)海綠石的更多信息，包括成分、成熟度、演化和成因機(jī)制等。

4 不同時(shí)期海綠石成因機(jī)理

4.1 不同時(shí)期海綠石成因理論

自海綠石從地層中被識(shí)別出開始，許多學(xué)者都對(duì)海綠石的成因提出了見解，目前被廣泛認(rèn)可的層狀晶格理論［34］、顆粒綠化理論［1］、假形置換理論［17］主要被用來解釋顆粒狀海綠石成因［1，17］，溶液理論［34］與自生淀膠理論［10］類似，可以用來解釋砂巖中膠結(jié)物狀海綠石的成因［7］。層狀晶格理論認(rèn)為海綠石在演化過程中不斷將Fe 和K 同時(shí)吸收到粘土礦物的層間晶格中，最終形成成熟的海綠石礦物［34］。顆粒綠化理論認(rèn)為海綠石是經(jīng)歷了早期的溶蝕作用和晚期的成熟作用的結(jié)果［1，33］。假形置換理論認(rèn)為海綠石的成熟是孔隙水中K，Si，F(xiàn)e 等元素的進(jìn)入，使得原始貧鉀、貧鐵的海綠石發(fā)生置換而形成成熟度較高的海綠石［22］，該理論涉及大量陸源物質(zhì)，如鉀長(zhǎng)石與石英的溶蝕而形成高K+和高Si4+濃度的孔隙水［10］。

海綠石礦物中K2O與TFeO含量關(guān)系表現(xiàn)出3種不同的演化趨勢(shì)［2］，可以解釋不同基質(zhì)顆粒狀海綠石的成因。層狀晶格理論成因的海綠石在化學(xué)組成上具有K2O-TFeO正相關(guān)的特性［5，8］，顆粒綠化理論成因的海綠石具有含量較高且穩(wěn)定的TFeO 以及含量持續(xù)增加的K2O［2］。假形置換成因的海綠石具有含量較高且穩(wěn)定的TFeO以及含量持續(xù)增加的K2O［17］。K2O與TFeO的協(xié)變關(guān)系圖可以幫助判斷海綠石的成因機(jī)制［5，13，17］。

對(duì)不同時(shí)期海綠石樣品做K2O 與TFeO 的協(xié)變關(guān)系圖（圖5），可以看出，前寒武紀(jì)時(shí)期中元古代和古元古代的顆粒狀海綠石樣品（區(qū)域Ⅰ）都具有較高的K2O含量，并且K2O 含量變化范圍不大，而TFeO 含量持續(xù)增加，可以用假形置換理論解釋其成因。寒武紀(jì)—新近紀(jì)顆粒狀海綠石樣品（區(qū)域Ⅱ）具有K2O - TFeO 正相關(guān)的特性，可以用層狀晶格理論解釋其成因。部分顯生宙時(shí)期海綠石樣品（區(qū)域Ⅲ）具有較高的TFeO 含量，并且TFeO 含量變化范圍不大，而K2O 含量持續(xù)增加，可以用顆粒綠化理論解釋其成因。可以看出顯生宙時(shí)期顆粒狀海綠石成因與前寒武紀(jì)時(shí)期海綠石的成因有顯著差異，前者成因機(jī)制主要對(duì)應(yīng)于層狀晶格理論和顆粒綠化理論，而后者以假形置換理論成因?yàn)橹鳌?/p>

圖5 K2O與TFeO含量協(xié)變關(guān)系Fig.5 The K2O content vs.TFeO content

海綠石在多種基質(zhì)中形成，包括糞球粒、生物碎屑、長(zhǎng)石、云母和石英等（圖1），由于基質(zhì)的孔隙度和滲透率差異，海綠石中的Fe 和K 含量變化很大［1］。顯生宙時(shí)期的海綠石基質(zhì)多為糞球粒與生物碎屑，糞球粒中的孔隙空間比有孔蟲等生物的微小孔隙空間大，F(xiàn)e 和K 含量更豐富［2］，而前寒武紀(jì)時(shí)期的海綠石多在云母、長(zhǎng)石和石英等非生物成因基質(zhì)內(nèi)形成（表1）。因此，筆者認(rèn)為兩個(gè)時(shí)期海綠石形成的基質(zhì)的差異以及沉積環(huán)境的區(qū)別對(duì)這兩個(gè)時(shí)期海綠石成因機(jī)制的差異有一定影響。

4.2 海綠石化離子來源

海綠石的形成需要長(zhǎng)時(shí)間、緩慢的沉積供應(yīng)速率［27］，以及充足的Fe，K，Al，Si 和Mg 等陽離子供應(yīng)，這些主要陽離子絡(luò)合物的含量大體上決定了海綠石的形成［35］，不同地質(zhì)時(shí)期海綠石的主要物質(zhì)成分的來源也有差異。

高硅濃度是形成富鐵海綠石前驅(qū)體的必要條件［6］，硅組分主要來源于高硅的海水［2，5，14］，以及陸源碎屑，如花崗巖、中酸性火山巖后期發(fā)生風(fēng)化［11］，不同時(shí)期發(fā)育的海綠石硅的來源沒有明顯的差異。前寒武紀(jì)和顯生宙兩個(gè)時(shí)期的Mg均主要源于海洋中的Mg［2，8，11，29］，也可能受到鐵鎂礦物的影響［8］，但是前人并未對(duì)此做過具體證實(shí)。鋁組分可能來源于海水或陸源碎屑供給，相比于顯生宙海綠石，前寒武紀(jì)海綠石離子結(jié)構(gòu)（圖3）中具有較多的Al，由于八面體Fe-Al之間的相互替換關(guān)系，這種高鋁特征可能與Fe3+供應(yīng)不足有關(guān)［11］。實(shí)驗(yàn)表明，海綠石形成所需要的鉀濃度高于現(xiàn)代海水中的鉀濃度，因而還需要陸源碎屑的供給提供K［32］，前寒武紀(jì)海綠石中鉀組分可能來源于陸源碎屑物質(zhì)如鉀長(zhǎng)石的溶解［8］，但是對(duì)于缺乏陸源碎屑的沉積環(huán)境，可能是由于當(dāng)時(shí)特定的海水條件具有很高的鉀濃度，足以滿足海綠石形成的需要［11］，而顯生宙海綠石中的K通常來源于海洋環(huán)境［6，14，36］。前寒武紀(jì)海綠石形成時(shí)期海水高鐵含量可能源于這一時(shí)期的火山噴發(fā)［32］、熱液活動(dòng)增強(qiáng)［37］、大陸風(fēng)化［38-39］，顯生宙Fe來源可能與大陸風(fēng)化［17］、上升流和海底火山的共同作用有關(guān)［2］，導(dǎo)致海水中Fe 含量升高。不同類型海綠石中的Fe含量變化也會(huì)受基質(zhì)孔隙度和滲透性的影響［2］。

4.3 海綠石形成的有利條件

海綠石的形成需要充足的Fe，K，Al，Si 和Mg 等陽離子，且Fe 的可獲得性是控制海綠石演化的最重要因素［30］，而Fe 的活性主要受氧化還原狀態(tài)的控制［9］，因而海綠石的形成還需要較為嚴(yán)苛的物理化學(xué)條件。海綠石的形成需要同時(shí)存在Fe2+和Fe3+［2］，在Fe氧化還原界面的上下波動(dòng)有利于海綠石同時(shí)獲取Fe2+和Fe3+［13］，海綠石-CO2-鹽水的氧化還原實(shí)驗(yàn)表明［40］，海綠石在氧化條件下會(huì)析出一種Fe3+的氫氧礦物，而還原條件會(huì)轉(zhuǎn)化為菱鐵礦［41］，側(cè)面證實(shí)了Fe氧化還原界面附近是海綠石形成的有利環(huán)境條件［13］。同時(shí)pH 值也會(huì)對(duì)海綠石化反應(yīng)產(chǎn)生影響，海綠石化模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)［41］（圖6），弱酸性-中性的環(huán)境是適宜蒙脫石發(fā)生海綠石化的沉積條件；流紋巖中的云母在弱酸性和中性的條件下，較易發(fā)生海綠石化；在中性-弱堿性條件下玄武巖和安山巖中的長(zhǎng)石等硅酸鹽礦物和鐵的化合物反應(yīng)，導(dǎo)致原礦物發(fā)生溶解-再沉淀，發(fā)生海綠石化反應(yīng)；而石英在較強(qiáng)堿性條件下才有可能發(fā)生海綠石化（圖6）。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溶液的pH 值是的初始物質(zhì)發(fā)生海綠石化的重要影響因素，但不同的母質(zhì)發(fā)生海綠石化過程所需要的pH值不同。綜上表明，海綠石化過程對(duì)其局部的物理化學(xué)條件較為敏感，具有充足的Fe，K，Al，Si 和Mg 等陽離子，適合母質(zhì)礦物發(fā)生海綠石化反應(yīng)的pH 條件且位于Fe 氧化還原界面附近的環(huán)境是形成海綠石的最有利條件。

圖6 不同初始物質(zhì)海綠石化的pH/Eh環(huán)境［41］Fig.6 The pH/Eh conditions of glauconization in diverse initial substrates

5 結(jié)論

1）不同時(shí)期的海綠石均含有多種賦存形態(tài)，主要分為3 大類，進(jìn)一步將顆粒狀分為碎屑顆粒狀和交代顆粒狀，后者根據(jù)基質(zhì)不同進(jìn)一步分為6類，其中前寒武紀(jì)海綠石中鉀長(zhǎng)石基質(zhì)的海綠石較為發(fā)育，而顯生宙海綠石大部分發(fā)育于糞球粒及生物碎屑基質(zhì)中。

2）海綠石的化學(xué)成分在不同時(shí)期有著較為明顯的差別，前寒武紀(jì)海綠石富含Al2O3，而Fe2O3的含量低，而顯生宙海綠石Fe2O3含量高，Al2O3的含量相對(duì)較低，因而推斷其化學(xué)成分可能隨著時(shí)間的推移而演變，不同時(shí)期海綠石八面體中的Al3+和Fe3+在含量關(guān)系上具有明顯的負(fù)相關(guān)，表明海綠石八面體位置的Al和Fe離子存在相互取代關(guān)系。

3）前寒武紀(jì)海綠石主要形成于具較高沉積速率的潮間帶至淺潮下帶環(huán)境中，而顯生宙海綠石大多形成于具較低沉積速率的中陸棚至上斜坡較深水環(huán)境，雖然不同時(shí)期的原地海綠石都可以作為海侵的證據(jù)，但海綠石的存在并不能用來判定沉積層序的特定體系域。

4）對(duì)海綠石的成因機(jī)制分析表明，假形置換理論可以解釋大多數(shù)前寒武紀(jì)顆粒狀海綠石的成因，而顯生宙的交代顆粒狀海綠石主要依于層狀晶格理論與顆粒綠化理論進(jìn)行解釋，這與不同時(shí)期的海綠石發(fā)育所受控的基質(zhì)特征相對(duì)應(yīng)。能提供充足的Fe，K，Al，Si和Mg 等陽離子，適合母質(zhì)礦物發(fā)生海綠石化反應(yīng)的pH 條件且位于Fe 氧化還原界面附近是形成海綠石的最有利條件。

5）不同時(shí)期、不同類型、不同成因、不同形成環(huán)境的海綠石被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)表明，雖然形成條件對(duì)海綠石的發(fā)育有種種限制，但在地質(zhì)歷史時(shí)期，只要具備利于海綠石形成的條件，海綠石最終都可以形成，因此針對(duì)不同地質(zhì)沉積時(shí)期發(fā)育的海綠石，需要結(jié)合沉積環(huán)境和條件分析海綠石的成因機(jī)制。