伊利石

伊利石是常見的一種粘土礦物﹐常由白雲母﹑鉀長石風化而成﹐並產於泥質岩中﹐或由其他礦物蝕變形成。它常是形成其他粘土礦物的中間過渡性礦物。純的伊利石黏土呈白色﹐但常因雜質而染成黃﹑綠﹑褐等色。底面解理完全。

莫氏硬度1～2。比重2.6～2.9。伊利石是我國的一種新礦種。國內最初在浙江省溫州市鹿城區雙潮鄉渡船頭村發現伊利石礦，吉林省安圖縣伊利石資源非常豐富，已探明資源儲量在1.4億噸以上，遠景儲量超2億噸，屬於單一特大型砂質伊利石礦床。

基本介紹

• 中文名：伊利石
• 外文名：illite
• 別名：水白雲母
• 成因：熱液蝕變或風化沉積型
• 摩斯硬度：1-2
• 比重：2.6-2.9
• 顏色：純的伊利石黏土呈白色
• 學科：礦物

概念

伊利石具有富鉀、高鋁、低鐵及光滑、明亮、細膩、耐熱等優越的化學、物理性能。伊利石可自由釋放負離子和遠紅外線。實驗研究也證明，溫度在100—130℃，K⁺與H⁺比率接近正常海水時，蒙脫石失去層間水而向伊利石轉化。但蒙脫石不能簡單地通過離子交換轉變成伊利石，原因是蒙脫石是一種典型的以水合陽離子及水分子作為層間物的3：1型粘土礦物，隨著埋深的增加、溫度的升高、壓力的加大，蒙脫石將有一部分層間水脫出，造成了某些層間塌陷，導致了晶格的重新排列和鹼性陽離子的吸附，首先形成蒙脫石—伊利石混層礦物，進而轉變為伊利石。一般認為蒙脫石向蒙脫石—伊利石混層礦物轉化的深度範圍應在1200—3500 m之間。

伊利石

形態特徵

伊利石常呈極細小的鱗片狀晶體﹐透射電子顯微鏡下呈不規則的或帶稜角的薄片狀﹐有時也呈不完整的六邊形和板條狀形態﹐ 伊利石的片狀或條狀的晶體非常細小，通常呈土狀集合體產出。

成因

伊利石是介於雲母和高嶺石及蒙脫石間的中間礦物，成因有很多種：

(1)由長石和雲母風化分解而成；

(2)蒙脫石受鉀的交代；

(3)熱液蝕變；

(4)膠體沉積的再結晶。廣泛發育在風化殼、土壤及現代沉積物中，亦產於其他沉積岩和石灰岩中。

成分與性質

成分

伊利石是一種類似雲母的有層狀結構的粘土礦物，也被稱為水白雲母。伊利石黏土(岩)，又稱水雲母黏土，外觀白色、灰白色，含雜質較多的呈灰色或黑色，土狀、性脆、易碎、質地細膩、光滑，硬度小，久置水中不膨脹，鬆散有混濁現象。在煤系地層中伊利石黏土岩常在煤層夾矸石中呈透鏡狀或似層狀產出。

伊利石理想化學組成為K<1(Al, R²⁺)₂[(Si,Al) Si₃O₁₀][OH]₂ ·nH₂O﹑晶體主要屬單斜晶系的含水層狀結構矽酸鹽礦物。式中R²⁺代表二價金屬陽離子﹐主要為Mg²⁺﹑Fe²⁺等。晶體結構與白雲母的基本相同，也屬於2﹕1型結構單元層的二八面體型。晶體有1M﹑2M﹑1Md和 3T等多型變體。

與白雲母不同的是，層間K⁺的數量比白雲母少，而且有水分子存在。因此伊利石也稱為水白雲母。還有人把它作為水雲母的同義詞。

很多伊利石是由白雲母或鉀長石風化後變成的，並且伊利石還會再變成其他粘土礦物。伊利石黏土(岩)的礦物成分主要為伊利石，含少量的高嶺石、蒙脫石、綠泥石、葉蠟石等。碎屑礦物常見的有石英、長石、鐵質等。

伊利石黏土(岩)的化學成分因含有其它雜質變化較大，除SiO₂、Al₂O₃含量高低差別較大外，而K₂O和Na₂O較穩定，一般K₂O在6%~9%，Na₂O在0.5%~1.5%之間。

性質

伊利石是一種富鉀的矽酸鹽雲母類黏土礦物，因其最早發現於美國的伊利島而得其名。該礦物單斜晶系，晶體細小，其粒徑通常在1～2μm以下，肉眼不易觀察。

在電子顯微鏡下常呈不規則的鱗片狀集合體，類似蒙脫石。伊利石純者潔白,因含雜質而呈淺綠、淺黃或褐色。

塊狀者有油脂光澤。其硬度1～2，密度2.6～2.9 g/cm³。鱗片能剝開，但彈性比雲母差。無膨脹性和可塑性；土壤中的伊利石能從鉀肥中汲取鉀，並使之儲藏於層間。

分布

伊利石黏土(岩)是分布最廣的一種黏土岩，常見純的伊利石黏土(岩)不多，往往與其它黏土礦物混雜在一起，成為復成分黏土岩。如果成分單純，可以形成伊利石黏土礦，如我國四川、湖北西部、河北校付等地都有伊利石黏土(岩)的產出。

用途

伊利石黏土(岩)的用途很廣，在陶瓷工業上利用伊利石黏土(岩)作為生產高壓電瓷、日用瓷的原料，在化工工業上用作造紙、橡膠、油漆的填料，在農業上作為製取鉀肥等。

伊利石黏土可以作為新型陶瓷原料﹐作耐高溫汽缸的助熔劑和在核廢料處理上吸附銫以防輻射﹐並可以作化妝品或塑膠的填料。純的白色伊利石也可以代替高嶺石作為造紙塗層﹐還能用來生產汽車外殼的噴鍍材料及電焊條。

伊利石的工業用途極為廣泛，可用於製作鉀肥、高級塗料及填料、陶瓷配件、高級化妝品、土壤調整劑、家禽飼料添加劑、高層建築的骨架配料和水泥配料、核工業的污染淨化和環境保護。其中微量元素可製作太空梭的外層塗料。特別是在造紙、化妝品，陶瓷三大行業中，伊利石有著極大的套用價值。

近年來國際上很多研究證明經過加工的伊利石具有較好的抑菌效果，並且能的吸附多種有害重金屬及有害氣體。

年齡探討

油氣成藏年代學是石油地質學的一個前沿研究領域。準確測定油氣成藏年齡對油氣成藏理論、分布規律以及資源評價具有重要意義。傳統確定油氣成藏期的方法是根據構造演化史、圈閉形成史以及烴源岩的生排烴史來間接地推斷油氣成藏的大致時間。隨著同位素定年技術的發展與成熟，一些學者開始利用儲層自生伊利石的 K-Ar (或⁴⁰Ar-³⁹Ar)年齡來限定油氣成藏時間，其理論依據在於：在含鉀的水介質條件下，砂岩礦物顆粒間發育自生伊利石。油氣注入儲集層達到較高的油氣飽和度後，自生伊利石便終止生長。因此可以利用儲集層中自生伊利石的最小年齡限定油氣充注的最大年齡。

20 世紀 80 年代中期以來，國外一些學者利用伊利石 K-Ar 年齡研究北海油田的成藏時間。90年代後期，王飛宇等把該方法介紹到國內，中國石油勘探開發研究院購進 Micromass 5400 質譜計，開展伊利石K-Ar 法定年工作。

Dong等最早嘗試伊利石⁴⁰Ar-³⁹Ar 定年，王龍樟等進行了天然氣藏伊利石⁴⁰Ar- ³⁹Ar 定年探討。與 K-Ar 法相比，⁴⁰Ar-³⁹Ar 法有明顯的優勢：①實驗精度高，所需樣品量顯著減少。砂岩岩芯樣品孔隙中發育的自生伊利石較少，而且分離提取周期較長。⁴⁰Ar-³⁹Ar 定年所需樣品量大約為10 mg，這無疑是非常有利的。 ②⁴⁰Ar-³⁹Ar 定年法只需測定 1份活化樣品的 Ar 同位素比值即獲得高精度的年齡，避免了傳統 K-Ar 法K、Ar分析的 2 份樣品不均勻性問題。③利用階段加熱技術獲得伊利石⁴⁰Ar-³⁹Ar 年齡譜，據此可能識別樣品中不同組分對年齡譜的貢獻。因現有分離技術難以獲得真正純淨的自生伊利石，科學合理地解釋⁴⁰Ar-³⁹Ar 年齡譜的意義，對討論油氣成藏年齡是極其重要的。

圖 1 粘土礦物 X-射線粉末衍射圖

地質背景與樣品特徵

實驗樣品采自珠江口盆地珠一坳陷第三紀珠海組砂岩儲層，砂岩厚度較大，發育多套下粗上細不完整正旋迴，珠海組地層年齡範圍為 21.0～25.5 Ma。樣品06ZJ26I 取自HZ19-2-1井3676.95 m深處，採集樣品含油飽和度較高，且石英含量較高，顆粒間填隙物廣泛發育高嶺石、伊利石和綠泥石等粘土礦物。

圖 2 自生伊利石掃描電鏡顯微照片

粉末衍射鑑定結果(表1和圖1)表明分選的伊利石樣品中伊利石和伊/矇混層含量較高。砂岩樣品掃描電鏡分析(圖2)表明，伊利石廣泛分布，常見粒表和粒間絲狀伊利石、粒表溶蝕坑內絲狀伊利石、粒間自生石英晶體與絲狀伊利石共生，同時存在少量次生孔隙內片狀碎屑伊利石及顆粒表面少量片狀伊利石與次生石英、高嶺石共生。總體說來，珠江口盆地油氣儲集層砂岩的自生伊利石發育程度較差。

表 1 X-射線粉末衍射鑑定結果

結果與討論

自生伊利石油氣成藏定年應具備以下條件。首先，砂岩儲層含油飽和度要高。如果儲層油氣充注不足以完全排走富 K 含水介質，無法阻止自生伊利石的繼續形成，自生伊利石低溫年齡就不能真正代表油氣成藏的關鍵時期。其次，自生伊利石發育程度較好，⁴⁰A r-³⁹Ar 定年樣品的自生伊利石含量越高，其⁴⁰Ar-³⁹Ar 年齡譜中自生伊利石釋出的氣體占總氣體量的比例越高，低溫階段“年齡坪”所占的³⁹Ar比例越大，它代表油氣成藏年齡的可信程度也就越高。在樣品分離過程中，應該儘量避免富K礦物因過度破碎到μm級粒度而混入到粘土礦物中。對於μm級的自生伊利石，核反衝的影響是必須考慮的。核反衝使³⁹Ar丟失，會使得相對應的⁴⁰Ar-³⁹Ar年齡偏老。