Burial Diagenesis of Smectite in the Tertiary Marine Basin, Japan

Mineralogical and chemical examinations were performed on interstratified illite-smectite (I-S) minerals that occur in the mudstones from a petroleum exploration well in the Tertiary marine basin, Japan. X-ray diffraction analysis shows that component layers of illite in the interstratified I-S increase with increasing burial depth while those of smectie decrease. In addition, the randomly (R=0) interstratified illite-smectite is changed into Rp1 ordered I-S at a depth of about 4,000 m, which corresponds to the result of organic analysis and indicates a burial temperature of about $100^{\circ}C$. However, the present geothermal gradient shows that the conversion of the random I-S to R=0 ordered I-S is likely to occur at 3,000 m. This discrepancy may be interpreted by the reverse fault at 2,500 m which resulted in a deeper burial of sediments up to 1,000 m. Chemical analysis also shows the compositional variation in I-S with increasing depth: a decrease in Si and an increases in Al and K, indicating that the substitution of Al for Si in tetrahedral sheets is compensated by the addition of K to interlayers. K may be derived from K-feldspar and micas, which is present in the mudstones.

일본 제3기 해성 퇴적분지에서의 스멕타이트 매몰 속성작용

일본의 제3기 해성 퇴적분지 석유탐사 시추공에서 회수된 이질암에서 산출되는 일라이트-스멕타이트 혼합층 점토광물에 대하여 광물학적 및 화학적 연구를 수행하였다. X-선회절분석에 의하면 매몰심 도가 증가함에 따라 일라이트-스멕타이트 혼합층 광물을 구성하는 스멕타이트 성분층은 감소하고 일라이트 성분층은 증가한다. 또한 매몰심도 4,000 m에서 불규칙배열의 일라이트-스멕타이트 혼합층광물은 규칙배열(R=1)의 일라이트-스멕타이트 혼합층 광물로 변화한다. 이 매몰심도는 약 $100^{\circ}C$의 매몰온도를 지시하며 유기물분석 결과와 잘 일치되고 있다. 그러나 현재의 지온구배를 고려할 때 $100^{\circ}C$의 매몰온도는 3,000 m이다. 이와 같은 차이는 약 2,500 m에 존재하는 역단층에 의하여 일부 지층이 중복되고 더욱 매몰되었기 때문에 발생한 것으로 해석된다. 화학분석에 의하면 매몰심도가 증가함에 따라 일라이트-스멕타이트의 Si 성분은 감소하고 Al과 K성분은 증가한다. 이것은 일라이트-스멕타이트의 사면체층에서 Si를 Al이 교대함에 따라 사면체층에서 발생하는 전하량을 보완하기 위하여 사면체 층간에 K이 유입되는 것을 시사한다. 이 반응에 필요한 K은 K장석과 운모류에서 유입되었을 것으로 생각된다.