水铵长石成因分类综述

杨奕曜

摘要：本文对水铵长石的成因机理进行总结，并根据产出环境与成因的不同，将其分为2类：1.热液型水铵长石；2.成岩型水铵长石

关键词：水铵长石；成因

水铵长石为富铵钾长石的一种类质同相体，化学式为（NH4）[AlSi3O8]。由于二者晶体结构相似，且NH4+离子半径与K+相近，使得NH4+（1.69 ?）在特殊的地质条件下可以与钾长石中的K+（1.52?）发生替换（Mookherjee M et al，2004）。这类富铵的类质同相体同样可见于似长石、云母类矿物中。如白榴石K[AlSi2O6]铵化为铵白榴石（NH4）[AlSi2O6]（Hori et al，1986），白云母KAl2[AlSi3O10]（OH）2铵化为铵云母（NH4）[Al3Si3O10]（OH）2（Higashi 1982）。

1964年Erd 等在加利福尼亚州AgS矿床中的富铵热泉中首次发现一种化学成分NH4AlSi3O8?H2O新矿物，其中5%的钾离子已被NH4+所替代，将其命名为水铵长石。在20世纪70-90年代，对于水铵长石的报道逐渐增加，21世纪初，随着石油煤炭工业的飞速发展，在有机质含量较高的黑色岩系发现水铵长石的报道逐渐增多，目前对于黑色岩系中水铵长石的成因仍是国内学者关注的热点问题。笔者在对前人的文献资料进行调研后，按已报道的水铵长石出现环境与成因的不同，将其划分为2类：1.热液型水铵长石；2.成岩型水铵长石。

1.热液型水铵长石

按热液类型又可划分为现代热泉型水铵长石和岩浆期后热液型水铵长石。现代热泉型水铵长石，最早被Erd等（1964）所报道，该團队在强还原，NH4+浓度460-540ppm，水温小于120℃的富铵热水中发现NH4+交代置换安山质熔岩穹窿中钾长石的钾离子，并以假晶态形成水铵长石的现象。随后在内华达州艾豪芬、加利福尼亚州麦克劳克林与富铵热泉相关的水铵长石相继被报道（Krohn、Altaner，1987；Krohn et al，1993），这些水铵长石与含金汞矿床伴生，常以细粒自形晶存在，并包裹大量的硫化物和石英晶体。该产状的出现，表明其在结晶序列中相对较晚地沉淀。同时研究人员还发现这些水铵长石与Hg密切相关，但与Au无关。这些水热系统中的高铵含量与水铵长石的大量出现表明铵可在后期气相与有机溶剂中运移。这种过程可导致在埋藏地热源的上方形成非碳酸盐岩的有机接触变质带。

岩浆期后热液型水铵长石最早由Hall（1993）提出，其在爱尔兰北部多尼戈

Rosses花岗岩体中发现了富铵流体替换钾长石中K+的现象。岩浆岩中NH4+作为痕迹元素出现众多火成岩中，平均浓度可达5-50 ppm（Hall et al，1991），其来源有二，一为原始岩浆源区或岩浆上升过程中同化的有机质沉积残留物；二为富铵的岩浆期后热液。Hall根据NH4+的分配系数计算得出Rosses花岗岩体NH4+多数为热液来源，且NH4+交代钾长石形成的水铵长石可作为一种十分灵敏的热液活动指示矿物。而后随着现代火山研究的不断发展，火山碎屑沉积物中出现水铵长石的报道不断增多。例如Yang等（2001）在新西兰Broadlands-Ohaaki地热系统中，发现水铵长石与富铵伊利石共存于温度大于200℃的透水断层带中。Carles Canet等（2015）在墨西哥Acoculco地热区内的受热液改造的凝灰岩与角砾岩中也发现了NH4+交代替换冰长石中K+形成水铵长石的现象，其与蛋白石、高岭石、明矾石、富铵黄钾铁钒等矿物共生作为浅成热液蚀变的指示性矿物。

2.成岩型水铵长石

成岩型水铵长石的发现得益于石油煤炭工业的发展。随着二者的飞速发展，对于黑色岩系的研究更为精细化，从而使得黑色泥页岩，暗色长石砂岩、含煤层中的水铵长石被不断报道。成岩过程中的水铵长石常形成于低温（<300℃），中压（<200MPa）富铵、强还原环境。例如Ramseyer等（1993）在洛杉矶和圣华金盆地中的长石砂岩中，发现水铵长石作为早成岩期的标志矿物，呈自生加大边或沿微裂缝充填于破碎的钾长石中。Laughnan等（1983）在澳大利亚昆士兰油页岩中发现了平均含量可达10%的水铵长石。其作为油页岩开发过程中的副产物广泛分布于层结湖底富铵泥岩中。近年来，在中国广西中部沂山二叠系煤系中与出现了关于水铵长石的报道，其形成时间较长，在早成岩期到无烟煤高级煤化期内均有产出（Dai S et al，2018）。

3.水铵长石研究新进展

目前水铵长石的研究工作主要集中于2个方向，其一为人工合成水铵长石，探究其在不同温压条件下的晶体结构转变；其二为探究其与凝灰质岩石之间的关系。人工合成水铵长石最早由Barker等（1964）利用NH4Cl溶液和钾长石在550℃、2x108Pa合成。而后Voncken等（1988）利用A12O3·6SiO2（gel）、25%NaOH溶液在Cr/CrN，C/CH4控制氨逸度的条件下，在550℃-600℃、2x108Pa在5-18天的时间中合成了高纯度水铵长石及少量贝得石。虽然人工合成的水铵长石与自然界中所发现的水铵长石晶胞参数相似，但其温压条件大都高于自然条件下的水铵长石产出条件。这可能暗示着自然界中钾长石固定NH4+过程中的温压条件较为苛刻。Marfil R等（1998）在西班牙中三叠统富铵凝灰质砂岩发现了水铵长石的踪迹，其认为水铵长石可能为火山玻璃在有机质大量分解的富铵环境下经过成岩作用转变而来的。这一发现开拓了水铵长石形成的新类型，强调了火山-有机质分解作用对于有机成因铵向无机成因矿物晶格富集的影响。

4.结束语

水铵长石作为富铵流体替换原始矿物成为进入原始矿物晶格的一种形式。产出环境较为苛刻，需要酸性还原且有机质的存在。按其成因可将其分为2类，即热液型水铵长石和成岩型水铵长石。二者均可作为特殊地质环境的指示性矿物。

對于石油勘探工作而言，黑色烃源岩中水铵长石的含量与总有机碳，生烃总量，氯仿沥青“A”等有机地化指标的对应关系尚不清楚。故对于该方面的研究仍具有较大的探索空间。

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