粘土矿物成因及演化

粘土矿物作为碳酸盐岩红色风化壳的主要矿物成分和风化成土过程的新生矿物，其形成和演化过程实质上代表了岩溶环境中碳酸盐岩风化成土机理和演化过程。从1807年F.Buchanan提出红土这个术语以来，人们对红色风化壳中粘土的研究虽有近200年的历史，但对红色风化壳成因及粘土形成机理的认识仍众说纷纭。近年来，由于电子显微镜技术（如Mircoprobe、SEM、TEM）和表面分析技术（如XPS、XAS、EXAFS）在化学风化作用研究中的应用，对花岗岩、玄武岩和长石砂岩等岩石风化成土机理的研究发展迅速，提出了新的风化成土机理。值得注意的是，这些研究成果的取得在很大程度上是基于对红色风化壳微结构和矿物表面成分与结构在风化过程中动态变化的深入认识。

研究表明，碳酸盐岩红色风化壳的形成是溶蚀作用、淀积作用和交代作用同时存在、相互促进和共同作用的结果。这3种风化成土作用决定了红色风化壳中粘土矿物的形成方式和演化途径。红色风化壳中粘土矿物的形成主要有3种机理：一是直接由溶蚀作用产生的溶液中沉淀，如风化成土初期的埃洛石、有序度较差的高岭石和水铝英石等；二是原生矿物被粘土矿物交代，如伊利石、高岭石等；三是粘土矿物顺序风化的产物，如蛭石、绿泥石/蛭石间层矿物、有序度较高的高岭石及三水铝石等，这种转化是与风化成土作用的演化及风化强度相联系的。根据碳酸盐岩红色风化壳的粘土矿物组合和微结构特征推测，粘土矿物的形成和演化具有多途径和多阶段性，至少存在3个演化序列：水铝英石→埃洛石→高岭石→三水铝石、伊利石→蛭石→绿泥石/蛭石混层矿物→绿泥石→三水铝石和伊利石→高岭石→三水铝石。高岭石和三水铝石的富集反映了碳酸盐岩红色风化壳已达到风化成土作用的最高阶段，但在碳酸盐岩红色风化壳剖面中下部或风化成土作用初期也可有少量高岭石和三水铝石的分布，这是在风化成土作用初期强烈淋溶条件下，由溶液中直接沉淀形成的高岭石和三水铝石，而不代表红色风化壳的发育程度和演化阶段。