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海绿石是一种浅海相沉积指示矿物,形成成熟的海绿石需要1Ma,其成因问题一直备受争论,如层状格子理论和主流的“颗粒变绿”的二阶段模式等,但各种成因模式不可回避的是成岩母质或前驱体问题。众多矿物颗粒和岩石碎屑被认为是海绿石化的成岩母质,诸如长石、黑云母、白云母等含钾矿物及石英、方解石、白云石、磷酸盐矿物等不含钾矿物等,再如火山玻璃碎片、火山岩和深成岩的碎屑以及燧石等岩石碎屑。本研究利用不同的初始物质和在不同实验条件下模拟了不同环境下海绿石化的形成过程。实验初始物质分为二类:(1)含铁量很低的蒙脱石,(2)岩石样品,包括玄武岩、安山岩和流纹岩,(3)石英。反应溶液含Fe3+和K+,溶液浓度分别为0.02-0.1mol/L和0.05-0.2mol/L。实验在50℃恒温环境和不同的pH、Eh条件下,模拟海绿石化过程,并利用粉末X射线衍射(XRD)、傅里叶变化红外吸收光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、电子顺磁共振(ESR)、穆斯堡尔谱(MS)和X射线荧光光谱(XRF)等测试手段对产物进行进行了包括矿物成分、矿物结构、化学组分的分析和测试,检测。通过形貌和物相分析发现,pH为弱酸性和中性时的实验产物为海绿石,其形貌为团簇状,X射线衍射图谱上出现海绿石的特征峰,如云母类矿物的001衍射峰等,还出现d值为0.1520nm和0.1498nm的代表海绿石和铁伊利石的060特征衍射峰;其红外吸收谱中出现八面体位、富铁的羟基振动吸收峰,如AlFe2+ OH 或 Mg2+Fe3+OH(3547-3562cm-1)、Fe3+Fe3+OH 的伸缩振动峰,与之相应的ESR谱中出现g因子为1.98的八面体位Fe3+的共振峰;同时穆斯堡尔谱图特征进一步表明Fe3+主要取代蒙脱石八面体中M2位置的Al3+和Mg2+。此外,pH介于中性到碱性的时候,其产物为富铁的伊利石,其红外光谱谱图上也出现明显的AlFe2+OH、Mg2+Fe3+OH(3550-3562cm-1)振动。蒙脱石在上述三种条件下分别发生海绿石化和铁伊利石化,表明溶液的pH和Eh对蒙脱石的转变具有比较显著的影响,即酸性的环境利于海绿石化,而中性至碱性的环境则易于铁伊利石化。以玄武岩和安山岩为初始物质的反应产物XRD谱图上除出现云母类矿物的001衍射峰外,也出现d值为0.1520nm的代表海绿石的060特征衍射峰。pH为中性和弱碱性时,玄武岩的反应产物的红外吸收谱中新出现了 Fe3+Fe3.+OH(3526cm-1)和Fe3+Fe3+OH(819cm-1)的伸缩振动峰;安山岩的反应产物的红外吸收谱中新出现了 AlFe2+OH(3560cm-1)或 cm-1)、Fe3+Fe3+OH(3526)的伸缩振动峰;pH为弱酸性和中性时,流纹岩的反应产物的红外吸收谱中出现Fe3+Fe3+OH(3526cm-1)的伸缩振动峰。SEM结果显示,块状玄武岩和安山岩发生海绿石化过程分为两个阶段:(1)在富铁环境中,玄武岩和安山岩表面或者孔隙中发生早期的黄铁矿化或者形成铁(氢)氧化物(针铁矿等);(2)所处环境发生变化,上述岩石中长石等硅酸盐矿物和黄铁矿或铁(氢)氧化物反应,导致原矿物发生溶解-再沉淀,即海绿石化。非云母族矿物的海绿石化过程如下:前期以形成铁化合物为核心,后期周围环境中的硅酸盐或者其它含硅物质溶解,提供Si、Al,铁化合物吸收Si、A1等元素,发生海绿石化。块状流纹岩中同样有黄铁矿生成,但海绿石化是以白云母为主要母源物质,并伴随白云母溶解-再沉淀作用。上述结果说明,不同的母源物质海绿石化的初始条件和机制有所区别。以石英为初始物质的实验结果表明,其产物XRD谱图上除出现1.Onm左右的衍射峰外,同样出现d值为0.1520nm的代表海绿石的060特征衍射峰,同时在红外谱图上出现Fe3+Fe3+OH(3526cHm-1)的伸缩振动峰。但海绿石化的形成条件较为苛刻,只有在较强碱性的环境下才发生。三组实验产物的表征表明,以何种母体为起始物质不重要,如果起始物质含硅,那么富钾和/或富铁的溶液是发生“海绿石化”的关键;如果起始物质不含硅,则硅也成为“海绿石化”的另外一个关键因素。在形成海绿石的物质来源有保证的情况下,溶液的pH和Eh则可能是制约海绿石化的主要因素之一。