沉积环境中浊沸石成因的热力学解释

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【摘要】本文通过热力学计算现广泛使用的浊沸石形成溶解反应的吉布斯自由能，得出沉积环境中的浊沸石更可能来自于斜长石蚀变和斜长石钠长石化的反应，而层状硅酸盐高岭石和石英反应生成浊沸石热力学上并不可行，片沸石分解生成浊沸石的反应属于变质反应，不应该属于沉积环境下浊沸石的主要成因反应。

【关键词】浊沸石成因 热力学 吉布斯自由能

1 沉积岩中就浊沸石有关的化学反应1.1 浊沸石的形成

就浊沸石的形成，广为引用的为以下几个反应：

图1f？富钾酸性流体的浊沸石的溶蚀图1？5Mpa，10Mpa，20Mpa，30Mpa下随温

度变化浊沸石形成溶解反应的

ΔG变化拟合曲线图。4.1.1？浊沸石形成反应

对于斜长石蚀变反应和钙长石钠长石化的反应来讲，随着温度的增加，ΔG逐渐增大（图1），说明该反应为放热反应，根据拟合的一次函数直线（拟合方差>0.97），其反应上限分别为3000C和2630C。片沸石的分解反应为吸热反应，随着温度的增加，ΔG逐渐减小，根据拟合的一次函数直线（拟合方差>0.99），其反应下限为3810C。因此，可以看出，在近地表下不太高的沉积温度环境中（一般为250C～2000C），发现的浊沸石应该主要来自与斜长石蚀变和钙长石钠长石化的反应，而片沸石的分解明显属于变质反应，尽管关于其下限温度的理论计算数值与现有变质岩石学上教科书的2000C～3000C有出入，但是这里我们必须要考虑在此使用的浊沸石等架状硅铝酸盐等矿物的热力学参数的准确性（就浊沸石，在笔者找到的两本热力学数据手册中参数有明显出入）以及在变质高压环境下不得不考虑的压力对固体相和水的影响，因此，认为片沸石分解生成浊沸石的反应在近地表及浅埋藏沉积环境中发生的可能性很小。在这里，我们将反应（3）和反应（5）看作可逆反应处理，同等条件下，据（5）算出的吉布斯自由能与（3）式的必然绝对值相等，正负相反，故从图1（d）中可以看出，反应（5）的逆反应（3）在同等条件下计算出的值应全为正值，故（3）在热力学上并不能够发生。

由于沉积环境下地层的压力并不大，这里我们使用了5Mpa，10Mpa，20Mpa，30Mpa四种不同的压力条件下对各反应进行考量（图1），可以看出，压力对浊沸石形成反应的影响并不明显，这主要是因为参与反应涉及的为固体相和流体相水，在上地壳不太高的地压下，固体相和水的体积变化很小，甚至在快速计算可以忽略其影响，但是仍需注意的是片沸石的反应需要另外考虑。4.1.2？浊沸石溶解反应

众所周知浊沸石是酸敏矿物，我们这里特地也重新考量了温度压力对浊沸石溶解反应的影响。从图1的（e），（f）中可以看出，酸性流体与浊沸石的反应与温度压力相关性都不很是大，也就是说，在PH比较低的酸性流体环境中，无论什么样的温度压力浊沸石都可以自发进行溶解反应。但是对与CO2与浊沸石反应，从图1（d）中，可以看出随着温度的增加，该反应ΔG逐渐增大，说明该反应为放热反应，根据10Mpa下曲线拟合的一次函数y = 0.0858x - 30.523（R2 = 0.9836），可以算出其反应上限为3560C，这是因为在高温下会发生以下反应：

参考文献

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