摩洛哥安蒂阿特拉斯山脉伊古德拉内地区黏土矿物学特征及库布勒指数的研究:结合XRD、反射光谱法和地统计分析方法

《Journal of African Earth Sciences》:Characterization of Clay Mineralogy and Kübler index in the Igoudrane Region, Anti-Atlas, Morocco: Integrating XRD, Reflectance Spectrometry, and Geostatistical Insights

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年03月30日 来源:Journal of African Earth Sciences 2.2

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  本研究综合运用XRD、反射光谱及地统计学方法,分析了摩洛哥Anti-Atlas山脉伊古德兰地区的黏土矿物学特征,发现矿物组合及空间分布受构造-热液作用控制,变质指数KI(0.12-0.16Δ°2θ)指示低绿片岩相条件,为区域成矿及演化研究提供新依据。

  
Soukaina Baid|Abdelhalim Tabit|Ahmed Algouti|Abdellah Algouti|Marco Lezzerini|Salma Ezzahzi|Saloua Agli|Hayat El Khounaijri
卡迪阿亚德大学科学学院地质学、地球科学、地质旅游、自然灾害与遥感实验室(2GRNT),塞姆拉利亚,摩洛哥马拉喀什40000,邮政信箱2390

摘要

伊古德兰地区位于摩洛克的反阿特拉斯山脉,经历了显著的变质作用和热液蚀变过程。本研究采用多种分析技术(如X射线衍射(XRD)、反射光谱法、变异图分析和定向集合体分析)对粘土矿物进行了全面分析,以确定该地区粘土矿物的分布并评估其结晶度。反射光谱法有效识别了蚀变矿物,证实了XRD的结果,并揭示了粘土、绿帘石、碳酸盐和明矾石的存在。对粘土粒度级分的定向集合体分析显示了高岭石、绿泥石、蛭石、伊利石和绿泥石-蛭石互层结构。Kübler指数值介于0.12至0.16 Δ°2θ之间,表明该地区处于低级(表生带)变质条件下。这些数值反映了与中绿片岩相一致的温和变质环境。伊古德兰地区的变质强度与其复杂的地质动力学历史相符,包括板块碰撞前和碰撞后的构造作用。此外,观察到的热液蚀变过程对该地区的矿物组成起到了关键作用。地质统计分析显示伊利石、高岭石和蛭石的空间相关性较弱(R2值分别为0.055、0.051和0.106),表明其分布受局部因素影响;而蒙脱石则表现出更稳定的分布和中等的空间相关性。绿泥石的空间相关性较弱,但Nugget值较高,表明其变化受局部风化过程的影响。

引言

粘土矿物在地球表面过程中起着重要作用,是地质条件和环境变化的指示物。它们被广泛认为是土壤中的主要化学成分和主导风化产物(Cullers, 1988; Oliveira et al., 2018; Khal et al., 2022)。了解粘土矿物的分布、组成和蚀变情况对于揭示全球各地的地质历史和构造演化至关重要。特定土壤中粘土矿物的特征由原始物质类型、气候条件、地形以及这些因素影响其形成的时间长度决定(Armstrong-Altrin et al., 2004, 2013; He et al., 2013; Akkoca et al., 2019)。
Kübler指数(KI),也称为“伊利石结晶度”,是变质岩石学和成岩作用中的关键参数,用于估算泥质岩石的低级变质程度(Wang et al., 1996; Kübler and Jaboyedoff, 2000)。通过测定“Kübler指数”,地质学家可以识别变质相和变质带以及岩石形成的温度。伊利石可以通过物理或化学风化过程形成。伊利石的水解会增大层间距,在降水量大和温度高的条件下这种作用会更加明显,从而导致化学风化(Singer, 1984)。国际范围内的研究利用KI大大推进了我们对各种地质现象的理解,包括盆地热历史、粘土矿物成熟度、热液蚀变模式、矿床形成以及分析方法的改进。
Li等人(2005)展示了结合KI和K-Ar测年方法追踪银山多金属系统中流体演化的有效性,发现伊利石结晶度随流体制度和矿化阶段而变化(Li et al., 2005)。Warr(2018)通过提出新的XRD标准和更新低级变质带的解释指南提高了KI测量的可靠性(Warr, 2018)。Maison等人(2018)表明断层带中的粘土结晶度反映了变形、流体活动和温度之间的相互作用,强调了结构过程的作用(Maison et al., 2018)。Bastida和Pardo-Iba?ez(2024)对粘土矿物研究中的微观结构XRD技术进行了全面回顾,展示了线谱分析如何有效提取晶粒尺寸、晶格应变和堆垛无序特征,这些特征通常难以通过传统方法获得。他们的研究强调了这些技术的广泛应用,从工业粘土质量控制到地质构造历史的重建。Bermúdez-Chávez等人(2025)通过使用激光剥蚀技术改进了K-Ar测年方法,能够精确区分碎屑伊利石和自生伊利石,并提高了成岩和构造事件的时间分辨率(Bermúdez-Chávez et al., 2025)。
地质统计分析,特别是变异图的使用,对于研究粘土矿物的空间分布至关重要(Khan et al., 2019)。变异图是地质统计学中的基本工具,通过测量样本点之间的相似性随距离增加而减少的程度来量化矿物性质的空间自相关性。这种方法使研究人员能够模拟和预测伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石和蛭石等粘土矿物的分布,超越采样位置,从而更全面地理解地质过程。变异图分析的重要性在于它能够揭示可能受风化强度、源岩组成和古气候条件等因素影响的矿物分布模式。它还有助于识别高矿物浓度区、评估资源潜力,并为环境和工业应用提供信息(Trangmar et al., 1986; Khan et al., 2019)。多项研究表明,变异图建模和克里金法在表征粘土矿物空间分布和更精确估计储量方面非常有效。例如,Abdideh(2015)在水库沉积物中使用基于对数的地质统计方法,发现了粘土类型与页岩体积之间的明确空间关系(Abdideh, 2015)。Bomeni等人(2022)在工业粘土矿床中结合使用变异图分析和克里金法,实现了粘土含量的可靠预测,准确率高达约75%(Bomeni et al., 2022)。Minh等人(2024)表明,使用结构化钻孔网格和克里金技术可以精确绘制沉积物厚度和粘土体积,从而提高资源评估的准确性(Minh et al., 2024)。在矿物勘探中,Carvalho等人(2025)证明将沉积物采样与因子克里金法结合使用有助于明确构造控制对矿化的影响,突显了该方法在目标区选择中的价值(Carvalho et al., 2025)。
伊古德兰地区位于摩洛克东部反阿特拉斯山脉,由于其复杂的构造历史和多样的岩石组合,为研究粘土矿物提供了有吸引力的地质背景。摩洛克东部反阿特拉斯地区地质多样性丰富,以沉积岩、变质岩复合体以及非洲板块与欧亚板块碰撞引起的强烈变形为特征。在此背景下,伊古德兰地区是研究构造、变质作用和沉积作用相互作用的关键区域。先前的研究(如Buggisch, 2005)主要集中在反阿特拉斯山脉寒武纪岩石的低级和极低级变质作用上,这些研究主要依赖于KI测量和石英变形的观察。结果发现,从东部到西部区域的KI显著增加,表明赫尔辛尼亚造山运动期间基底可能存在移动,暗示变质作用具有瓦里斯坎时期特征。
本研究旨在通过多方法学途径(包括X射线衍射(XRD)、TerraSpec Halo仪器的反射光谱分析和KI分析)全面了解伊古德兰地区的粘土矿物特征。通过结合这些分析技术,我们旨在阐明这一地质重要区域的粘土矿物空间分布和矿物组成。此外,我们展示了粘土矿物研究的结果,讨论了这些发现对区域地质学的意义,并概述了进一步阐明伊古德兰地区复杂地质历史及其在东部反阿特拉斯山脉框架内的重要性的未来研究方向。

伊古德兰地区的地理和地质背景

研究区域(伊古德兰地区)位于东部反阿特拉斯山脉、Jbel Saghro和Imiter侵入体(Tuduri, 2005; Hejja et al., 2022; Baid et al., 2023b)。Jbel Saghro山体面积约为4000平方公里,北界为Dades和Todgha山谷,东界为Ougnat和Tafilalt地区,南界为Jbel Bani,西界为Draa山谷(图1)。该山体呈东西-东北方向延伸。

X射线衍射(XRD)

X射线衍射(XRD)是一种强大的技术,广泛用于粘土矿物学研究,因为它可以提供关于晶体材料的全面结构信息。在粘土矿物学中,XRD用于识别样品中的矿物相、量化它们的相对丰度并定义其晶体结构。此外,XRD分析还可以根据独特的衍射图案识别粘土矿物类型(Velde, 1992; Jeans, 1998)。

全岩矿物学

研究了41个样品的矿物组成,特别关注粘土矿物。样品T3、T23、T39和T49的全岩XRD图谱如图3所示。主要结晶相包括石英(Q),其在3.34 ?处有强烈反射(2θ ≈ 26.6°),以及长石(A)、微斜长石(Mi)和 oligoclase(O),它们在3.20至3.24 ?(2θ ≈ 27.5°-28.0°)之间显示特征峰。方解石(C)也有明显的

结论

伊古德兰地区位于摩洛克的反阿特拉斯山脉,经历了显著的变质作用和热液蚀变过程。这项研究突显了该地区的重要性,尤其是考虑到它靠近Imiter银矿——世界上最大的浅成热液银矿床之一。伊利石、高岭石、蒙脱石、蛭石和绿泥石等热液粘土矿物的存在对矿物勘探具有重要意义,特别是在

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

作者贡献声明

Abdelhalim Tabit:撰写、审稿与编辑、监督。Ahmed Algouti:撰写、审稿与编辑、监督。Abdellah Algouti:监督。Marco Lezzerini:撰写、审稿与编辑、监督。Salma Ezzahzi:可视化、研究。Saloua Agli:可视化、研究。Hayat El Khounaijri:可视化、研究。Soukaina Baid:撰写——初稿、软件、方法论、概念化

未引用参考文献

Jeans et al., 1998; Lezzerini et al., 1995; Moore and Reynolds Jr, 1989.

数据可用性声明

数据将按需提供。

资助声明

本研究未获得任何资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文工作的个人关系。

致谢

作者特别感谢卡迪阿亚德大学2GRNT实验室(摩洛哥)和比萨大学地球科学系的LABECA实验室在制备定向集合体方面的协助。同时,也感谢匿名审稿人和编辑们的宝贵帮助和持续支持。
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