Question

黏土矿物

Answer 1

Savin ＆ Epstein(1970a，b)和Lawrence ＆ Taylor(1971)建立了从大陆至海洋环境中黏土矿物的总体同位素体系。Savin ＆ Lee(1988)和Sheppard ＆ Gilg(1996)在随后的总结中指出，黏土矿物的同位素研究能广泛用于解决地质问题。其应用效果如何取决于对黏土矿物和水之间的同位素分馏因素、温度因素、进行同位素交换的时间的了解。由于黏土矿物可能由碎屑和自生组分组成，以及由于不同年代颗粒的交换程度不一，因此解释黏土矿物的同位素变化需要详细地了解特定沉积物的黏土矿物学特征。

通过与很多其他硅酸盐矿物进行比较，发现其中遇到很多特殊问题，如黏土矿物颗粒尺寸极小、存在较大的表面面积、某些矿物出现层间水。这些问题使得对天然黏土的同位素研究变得非常复杂。黏土表面具有1层或2层吸附水。Savin ＆ Epstein(1970a)证实，吸附水和层间水能够与大气水蒸气在几小时内进行同位素交换。无论何种情况，同位素分析都不可能在完全除掉层间水后、在完全没有层间水和羟基之间同位素交换的情况下分析(Lawrence ＆ Taylor，1971)。

黏土矿物中的一部分氧以羟基形式存在。Hamza ＆ Epstein(1980)，Bechtel ＆ Hoernes(1990)和Girard ＆ Savin(1996)尝试了分离羟基和非羟基结合的氧，用以分别进行同位素分析。热脱羟基技术和不完全氟化技术均指出，相对于非羟基氧，羟基氧明显亏损¹⁸O。

稳定同位素地球化学( 第六版)

图3.39 高岭石在风化作用及热液环境下形成的有关矿物的δD和δ¹⁸O值(据Sheppard ＆ Gilg，1995)|图中给出了大气水线(MWL)、高岭石风化线和浅生矿床/深生岩线(S/H)，用于进行对照

关于黏土矿物是否保留了其初始同位素组成这一问题，在自然系统内广泛的同位素交换情况出现了相互矛盾(Sheppard ＆ Gilg，1995)。很多黏土矿物，如高岭石、蒙脱石、伊利石，往往与今天的当地水没有达到平衡。这并不意味着这些黏土矿物没有进行沉积后交换或逆向交换。Sheppard ＆ Gilg(1995)总结得出，在没有出现重结晶条件下，进行完全O或H同位素交换仍然缺少令人信服的证据，除非黏土矿物经历过高温或异常的地质环境。因此，与大气水接触形成的黏土矿物的同位素组成应与大气水线近似平行，两者之间的偏移与各分馏系数有关(图3.39)。这意味着过去环境的某些信息通常记录在黏土矿物中，在适当的条件下这些信息可用作古气候的指示剂(Stern et al.，1997;Chamberlain ＆ Poage2000;Gilg2000)。