沉积岩石学第7章泥岩课件.ppt

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1、第七章第七章 粘土岩（泥质岩）粘土岩（泥质岩）第一节第一节 概述概述粘粘土土岩岩是是沉沉积积岩岩中中分分布布最最广广的的一一类类岩岩石石，约约占占沉沉积积岩岩总总体体积积的的5555。构构成成粘粘土土岩岩的的最最主主要要矿矿物物为为粘粘土土矿矿物物，多多系系母母岩岩风风化化产产物物，以以悬悬浮浮方方式式被被搬搬运运到到水水盆盆地地中中沉沉积积形形成成；部部分分粘粘土土矿矿物物由由胶胶体体SiOSiO2 2及及AlAl2 2O O3 3形形成成的的自自生生矿矿物物和和火火山山灰灰蚀蚀变变产产生生，这这一一部部分分出出现现的的比比例例很很小小。所所以以，这这类类岩岩石石主主要要由由机机械械作作用用

2、形形成成，也也是是化化学学、生生物物化化学学作作用用。所所以以粘粘土土岩岩应应归归属属陆陆源源碎碎屑屑沉沉积积岩岩。粘粘土土岩岩是是主主要要的的生生油油岩岩和和良良好好的的盖盖层层，同同时时亦亦具有其它广泛的工业使用价值。具有其它广泛的工业使用价值。一、基本概念一、基本概念粘土岩粘土岩以粘土矿物为主（含量以粘土矿物为主（含量50%）的沉积）的沉积岩。岩。粘土粘土疏松或未固结成岩的粘土矿物沉积物，疏松或未固结成岩的粘土矿物沉积物，粒径粒径0.005mm（0.0039或或0.01mm）。）。泥质岩泥质岩主要是由粘土矿物及粒径主要是由粘土矿物及粒径50%）组成的沉积岩。）组成的沉积岩。二、泥质岩的主

3、要物理特性及其在二、泥质岩的主要物理特性及其在工业上的用途工业上的用途粘土岩具有一些特殊的物理性质，如可塑性、耐火粘土岩具有一些特殊的物理性质，如可塑性、耐火性、烧结性、吸附性，使之在工农业方面有广泛的性、烧结性、吸附性，使之在工农业方面有广泛的用途，如化工上某些粘土作为填料、催化剂等。制用途，如化工上某些粘土作为填料、催化剂等。制橡胶、分子筛、提炼油等。农业上作为肥料、改良橡胶、分子筛、提炼油等。农业上作为肥料、改良土壤、制做饲料等。另一方面，在黑色页岩及碳质土壤、制做饲料等。另一方面，在黑色页岩及碳质页岩中发现了一些含稀有元素矿床。此外，泥岩还页岩中发现了一些含稀有元素矿床。此外，泥岩还可

4、成为生油母岩，也是重要的油气藏的盖层岩石。可成为生油母岩，也是重要的油气藏的盖层岩石。因此，研究泥质岩具有重要的实际意义。因此，研究泥质岩具有重要的实际意义。1.非渗透性：非渗透性：石油及天然气在地下保存的良好盖层石油及天然气在地下保存的良好盖层2.吸附性：吸附性：粘土矿物具有从周围介质中吸附各种气态、粘土矿物具有从周围介质中吸附各种气态、液态的离子、放射性元素及有机色素的能力。蒙脱石的吸液态的离子、放射性元素及有机色素的能力。蒙脱石的吸附性最强。附性最强。3.吸水膨胀性：吸水膨胀性：有些粘土具有极强的吸水能力，蒙脱石有些粘土具有极强的吸水能力，蒙脱石吸水膨胀吸水膨胀810倍、粘土岩的主要物理

5、特性。倍、粘土岩的主要物理特性。4.可塑性：可塑性：水调和后造形，撤外力形不变水调和后造形，撤外力形不变5.耐火性：耐火性：易熔粘土、难熔粘土、耐火粘土易熔粘土、难熔粘土、耐火粘土 Al2O3Fe3+，TiO2，SiO26.烧结性：烧结性：粘土矿物在低于耐火度的低温下局部熔化，粘土矿物在低于耐火度的低温下局部熔化，因而使质点相互粘结成坚硬的瓷质石块。粘土因而使质点相互粘结成坚硬的瓷质石块。粘土熔融范围熔融范围（从局部熔化至全部熔化成流体的温度范围）越大，工（从局部熔化至全部熔化成流体的温度范围）越大，工业价值越高。业价值越高。7.粘结性（结合性能）：粘结性（结合性能）：指粘土能与瘠性材料（掺入

6、指粘土能与瘠性材料（掺入砂质）粘合，塑造出良好的泥坯，干燥后坚实生坯的性砂质）粘合，塑造出良好的泥坯，干燥后坚实生坯的性能。其决定了粘土的性能。能。其决定了粘土的性能。8.干缩性：干缩性：指粘土沉积物风干或加热烧干后，由于质点指粘土沉积物风干或加热烧干后，由于质点表面结合水分的蒸发，而产生的体积收缩的现象。干缩表面结合水分的蒸发，而产生的体积收缩的现象。干缩性与矿物成分有关。对于作为工业原料的用途来说，是性与矿物成分有关。对于作为工业原料的用途来说，是一种不利的性质。一种不利的性质。第二节第二节 泥质岩的物质成分泥质岩的物质成分 泥泥质质岩岩的的物物质质成成分分比比较较复复杂杂，主主要要是是粘

7、粘土土矿矿物物，其其次次是是陆陆源源碎碎屑屑矿矿物物和和自自生生的的非非粘粘土土矿矿物物以以及及有有机机质质。化化学学成成分分以以SiO2、Al2O3、H2O为为主主，次次为为Fe、Mg、Ca、Na、K的氧化物及一些微量元素。的氧化物及一些微量元素。一、粘土矿物一、粘土矿物粘粘土土矿矿物物是是一一种种含含水水的的硅硅酸酸盐盐或或铝铝硅硅酸酸盐盐矿矿物物，可可分分为非晶质和结晶质两类。为非晶质和结晶质两类。泥泥质质岩岩中中分分布布最最广广的的是是伊伊利利石石，其其次次为为蒙蒙脱脱石石、绿绿泥泥石、高岭石和各种混层粘土矿物。石、高岭石和各种混层粘土矿物。（一）粘土矿物的晶体结构（一）粘土矿物的晶体

8、结构粘土矿物的结构由两种基本结构层组成，即硅氧四面体层和铝氧八粘土矿物的结构由两种基本结构层组成，即硅氧四面体层和铝氧八面体层或镁氧八面体层。面体层或镁氧八面体层。1、四面体：、四面体：是由一个是由一个“Si”与四个与四个“O”紧密堆积所构成的四面体紧密堆积所构成的四面体（SiO4）。）。硅氧四面体单位硅氧四面体单位硅氧层硅氧层2、四面体层：、四面体层：是每一个硅氧四面均以三个角顶分别与相邻的硅氧是每一个硅氧四面均以三个角顶分别与相邻的硅氧四面体相连接，组成在二维空间内呈六角网连结及无限延展的层四面体相连接，组成在二维空间内呈六角网连结及无限延展的层（Si4O10）。每一个硅氧四面体有三个角顶

9、上的氧都是与相邻的硅）。每一个硅氧四面体有三个角顶上的氧都是与相邻的硅氧四面体共有，它的电荷已达到平衡，（如有氧四面体共有，它的电荷已达到平衡，（如有Al代替代替Si时例外），时例外），只剩下一个未被公用的只剩下一个未被公用的O2-（有时被（有时被OH-所取代）才有自由负电荷存所取代）才有自由负电荷存在，能与其它的阳离子相结合。由于（在，能与其它的阳离子相结合。由于（SiO4）所组成的层状结构有）所组成的层状结构有一定的排列形态，具有自由电荷均位于层的同一侧。一定的排列形态，具有自由电荷均位于层的同一侧。3 3、八八面面体体：是是由由一一个个AlAl3+3+（或或MgMg2+2+）与与六六个个

10、氧氧（或或OHOH-）紧紧密密堆堆积积所所构成的八面体。构成的八面体。4 4、八八面面体体层层：是是上上述述八八面面体体分分别别与与相相邻邻的的八八面面体体在在二二维维空空间间内内连连接，无限延展而构成的层。接，无限延展而构成的层。在在自自然然界界中中，四四面面体体层层不不能能独独立立存存在在构构成成矿矿物物，而而八八面面体体层层可可以以独独立构成矿物。立构成矿物。铝（镁）八面体单位铝（镁）八面体单位水镁石层水镁石层5 5、结构层、结构层是是由由四四面面体体层层与与八八面面体体层层按按不不同同的的规规律律连连结结起起来来，所所构构成成的的晶晶体体结结构构单单元元层层。由由一一个个四四面面体体片

11、片与与一一个个八八面面体体片片所所组组成成的的单单位位结结构构层层称称为为1 11 1结结构构层层或或双双层层型型结结构构；如如果果由由两两个个四四面面体体片片中中间间夹夹一一个个八八面面体体片称为片称为2 21 1结构层或三层型结构结构层或三层型结构。高高岭岭石石型型：属属双双层层型型 的的 结结 构构 单单 位位 层层（1:1型型），由由一一个个八八面面体体层层连连接接一一个个四四面面体体层层组组成成。四四面面体体层层中中不不出出现现Si4+和和Al3+的的交交代代，八八面面 体体 层层 中中 Al未未 被被Mg2+和和Fe3+交交代代，结结构构式式为为：Al2Si2O5(OH)4。蒙脱石

12、型：蒙脱石型：属三层型属三层型的结构单位层（的结构单位层（2:12:1型），由两层四面体型），由两层四面体夹一层八面体组成，夹一层八面体组成，伊利石和绿泥石也属伊利石和绿泥石也属三层型。三层型。水云母型：水云母型：属三层型属三层型的结构单位层（的结构单位层（2:12:1型）型），由两层四面体夹一，由两层四面体夹一层八面体组成层八面体组成 绿绿泥泥石石型型（2 2：1 1：1 1型型）：由由2 2：1 1型型结结构构单单元元层层再再重重叠叠和和连连接接一一个个似似水水镁镁石石八八面面体体层层而而构构成成，所所叠叠置置的的八八面面体体层层可可视视为为2 2：1 1型型结结构构单单元元的的层层间间物

13、物，故故也也可可归归为为2 2：1 1型型或或三三层层型型，常常见于绿泥石族矿物。见于绿泥石族矿物。若两种以上粘土矿物结构单位层作有规律的若两种以上粘土矿物结构单位层作有规律的互层叠置，则称互层叠置，则称有序混层有序混层；否则称为；否则称为无序混无序混层层，如伊，如伊-蒙混层、绿蒙混层、绿-蒙混层、伊蒙混层、伊-绿混层等。绿混层等。除了以上四种常见的粘土矿物外，还有不少除了以上四种常见的粘土矿物外，还有不少的的混层粘土混层粘土，它是由两种以上的粘土矿物的，它是由两种以上的粘土矿物的结构单位层在结构单位层在c轴方向交互叠置构成的。轴方向交互叠置构成的。每个硅氧六方环网孔的范围内，最多只能每个硅氧

14、六方环网孔的范围内，最多只能容纳三个配位八面体，因此当三个八面体位置容纳三个配位八面体，因此当三个八面体位置均被二价阳离子占据时，便称为均被二价阳离子占据时，便称为三八面体型结三八面体型结构构（水镁石层（水镁石层Mg-OH）；）；若全由三价阳离子填充时，必有一个位置若全由三价阳离子填充时，必有一个位置是空缺，故称为是空缺，故称为二八面体型结构二八面体型结构（水铝矿层（水铝矿层Al-OH）；）；如二价和三价阳离如二价和三价阳离子共存时，则属于子共存时，则属于上述二者之间的过上述二者之间的过渡类型。渡类型。6 6、结构分类、结构分类层层状状硅硅酸酸盐盐矿矿物物可可根根据据其其层层型型（1 11 1

15、或或2 21 1），层层间间物物质质和和其其相相互互间间的的混混合合特特征征分分为为八八个个主主要要族族，再再根根据据八八面面体体片片（二二八八面面体体和和三三八八面面体体）的的化化学学组组成成和和单单个个层层内内的的几几何何性性质质还还可可进进一一步步划划分分为为亚亚族族和和种（表）。种（表）。7 7、过渡结构、过渡结构粘粘土土矿矿物物的的基基本本结结构构极极为为相相似似，在在自自然然界界中中，随随着着物物理理化化学学环环境境的的变变化化，粘粘土土矿矿物物甲甲可可以以变变为为乙乙，而而在在这这种种转转化化的的过过程程中中，存存在在一一个个过过渡渡阶阶段段，这这个个阶阶段段的的结结构构状状态态

16、，我我们们称称为为转转化化过过渡渡结结构构。这这种种过过渡结构主要有：渡结构主要有：（1 1）2 21 1向向1 11 1转化过渡结构，如伊利石向高岭石转化过渡结构。转化过渡结构，如伊利石向高岭石转化过渡结构。（2 2）2 21 1与与相相邻邻的的2 21 1之之间间的的转转化化过过渡渡结结构构，如如蒙蒙脱脱石石向向伊伊利利石石转化过渡结构。转化过渡结构。（3 3）层层链链状状结结构构向向层层状状结结构构转转化化过过渡渡结结构构，如如海海泡泡石石向向滑滑石石转转化化过渡结构。过渡结构。这类过渡结构不管通过怎样的调整方式，甲矿物转化为乙矿物的过这类过渡结构不管通过怎样的调整方式，甲矿物转化为乙矿

17、物的过程都是在矿物程都是在矿物“甲甲”中出现中出现“乙乙”畴，随着畴，随着“乙畴乙畴”的扩大和的扩大和“甲甲”畴的缩小，直到全部转变为矿物畴的缩小，直到全部转变为矿物“乙乙”。常见粘土矿物常见粘土矿物蒙脱石、伊利石、绿泥石和高岭石。蒙脱石、伊利石、绿泥石和高岭石。泥泥质质岩岩的的主主要要矿矿物物为为粘粘土土矿矿物物，粘粘土土矿矿物物颗颗粒粒细细小小（4m4m）,显显微微镜镜下下可可观观察察光光学学性性质质和和结结晶晶形形态态的的不不同同,但但准准确确鉴鉴定定需需要要X X射射线线衍衍射射仪、差热分析和电子显微镜等设备。仪、差热分析和电子显微镜等设备。（二）主要粘土矿物特征（二）主要粘土矿物特征

18、高岭石族高岭石族高岭石、地开石、珍珠陶土，其化学式为高岭石、地开石、珍珠陶土，其化学式为Al4Si4O10(OH)8或或Al2O32SiO22H2O。由一层。由一层Si-O四面体层和一层四面体层和一层Al-(O-OH)八面体层组成。八面体层组成。高岭石：白色，含高岭石：白色，含杂质时呈黄、灰或杂质时呈黄、灰或玫瑰色；外观呈土玫瑰色；外观呈土状；比重状；比重2.61，硬，硬度小于度小于2.5；晶体；晶体细小，约为细小，约为0.01-0.001mm电子显微电子显微镜下高岭镜下高岭石呈六边石呈六边鳞片状晶鳞片状晶体，结晶体，结晶较差的晶较差的晶体边缘残体边缘残缺不全或缺不全或呈不规则呈不规则状状高岭

19、石薄片高岭石薄片(蠕虫状蠕虫状)晶体常晶体常形成蠕形成蠕虫状或虫状或手风琴手风琴状集晶状集晶自生高岭石充填孔隙自生高岭石充填孔隙自生高岭石集合体充填孔隙自生高岭石集合体充填孔隙510-600510-600510-600510-600度有一个显度有一个显度有一个显度有一个显著的著的著的著的吸热谷吸热谷吸热谷吸热谷，在此温，在此温，在此温，在此温度前几乎没有变化度前几乎没有变化度前几乎没有变化度前几乎没有变化950-1000950-1000950-1000950-1000度有一个显度有一个显度有一个显度有一个显著的著的著的著的放热峰放热峰放热峰放热峰，峰前可，峰前可，峰前可，峰前可能有一微弱的能有

20、一微弱的能有一微弱的能有一微弱的吸热谷吸热谷吸热谷吸热谷到到到到1200-13001200-13001200-13001200-1300度还有度还有度还有度还有一个微弱的一个微弱的一个微弱的一个微弱的放热峰放热峰放热峰放热峰高岭石的差热曲线高岭石的差热曲线其结构水主其结构水主其结构水主其结构水主要在要在要在要在400-400-400-400-525525525525度之间度之间度之间度之间逸出，低温逸出，低温逸出，低温逸出，低温时失水很少时失水很少时失水很少时失水很少高岭石的脱高岭石的脱水失重曲线水失重曲线埃洛石（多水高岭石）埃洛石（多水高岭石）Al4Si4O10OH84H2O 变埃洛石变埃洛

21、石Al4Si4O10OH8埃洛石的晶体结构（沿埃洛石的晶体结构（沿a轴投影）轴投影）埃洛石（多水高埃洛石（多水高岭石）族岭石）族 埃洛石特征埃洛石特征呈致密块状和土状集合体产出，以白色为主，略带呈致密块状和土状集合体产出，以白色为主，略带某种色调，无光泽，当呈瓷状块体时显蜡状光泽。某种色调，无光泽，当呈瓷状块体时显蜡状光泽。比重比重2.1-2.6，硬度，硬度1.0-2.6；遇硫酸易溶解。；遇硫酸易溶解。在电子显微镜下，埃洛石呈棒状、针状体，是由于在电子显微镜下，埃洛石呈棒状、针状体，是由于组成埃洛石的结构单位层发生卷曲的结果。组成埃洛石的结构单位层发生卷曲的结果。埃洛石的差热曲线埃洛石的差热曲

22、线在在100-300范围内有范围内有一个明显的吸热谷，一个明显的吸热谷，300以上与高岭石基以上与高岭石基本相似，本相似，510-600度有度有一个显著的吸热谷，一个显著的吸热谷，950-1000度有一个显著度有一个显著的放热峰，到的放热峰，到1200-1300度还有一个微弱的度还有一个微弱的放热峰。放热峰。埃洛石的埃洛石的脱水曲线脱水曲线主要脱失阶段在主要脱失阶段在400-500，但在，但在400以下已有部以下已有部分脱水，而且还分脱水，而且还有部分要到有部分要到800之上才能脱尽。之上才能脱尽。蒙脱石类矿物的结构单位层内部具有广泛的离蒙脱石类矿物的结构单位层内部具有广泛的离子置换性能，所以

23、成分变化很大。最常见的有：子置换性能，所以成分变化很大。最常见的有：蒙脱石、拜来石、绿脱石、皂石等蒙脱石、拜来石、绿脱石、皂石等蒙脱石蒙脱石(Al2，Mg3)Si4O10(OH)2nH2O蒙脱石呈白色或灰白色，因含杂质可染成黄、蒙脱石呈白色或灰白色，因含杂质可染成黄、玫瑰红、桃红、灰绿等色。块状者具有蜡状光玫瑰红、桃红、灰绿等色。块状者具有蜡状光泽，土状者光泽暗淡，硬度泽，土状者光泽暗淡，硬度1-2，比重，比重2-3蒙脱石族蒙脱石族蒙脱石在电子显微镜下呈不规则的蒙脱石在电子显微镜下呈不规则的绒状、细鳞片状，轮廓不清楚，绒状、细鳞片状，轮廓不清楚，拜来石呈绒毛状、云雾状，绿脱石呈鳞片状或棒状，皂

24、石呈片状拜来石呈绒毛状、云雾状，绿脱石呈鳞片状或棒状，皂石呈片状90-25090-250、550-750550-750、800-900800-900度度三个吸热谷，出现原因分别为：三个吸热谷，出现原因分别为：层间吸附水脱失、结构水脱失、层间吸附水脱失、结构水脱失、无水蒙脱石分解；无水蒙脱石分解；900-1000900-1000度有一个不太明显的度有一个不太明显的放热峰，其原因为形成尖晶石放热峰，其原因为形成尖晶石蒙脱石族矿物的差热曲线蒙脱石族矿物的差热曲线蒙脱石的蒙脱石的脱水曲线脱水曲线第一阶段：第一阶段：100-350，大量层间水大量层间水脱失；脱失；第二阶段：第二阶段：300-400开开始

25、，始，400-600变化剧变化剧烈，结构水烈，结构水脱失脱失伊利石（水云母）伊利石（水云母）K1-x(H2O)xAl2AlSi3O10(OH)2-x(H2O)x，其结构与，其结构与白云母相似，但含钾较少，含水较多。白云母相似，但含钾较少，含水较多。电子显微镜下呈不规则的鳞片状晶体，个别呈六边电子显微镜下呈不规则的鳞片状晶体，个别呈六边形，大小为形，大小为1-3m1-3m。水云母族水云母族砂岩中粒表和孔隙充填的伊利石，呈叶片砂岩中粒表和孔隙充填的伊利石，呈叶片-丝缕状。丝缕状。伊蒙混层伊蒙混层不规则鳞片状不规则鳞片状因成分复杂，其曲线也不因成分复杂，其曲线也不一致。一致。100-170100-1

26、70、500-650500-650、850-850-900900度三个吸热谷，度三个吸热谷，在在925-1020925-1020度有一个放热度有一个放热峰峰水云母的差热曲线水云母的差热曲线主要在主要在400400度以上度以上水云母的水云母的脱水曲线脱水曲线正绿泥石正绿泥石(Mg，Fe)p(Al，Fe)pSi4-pO10(OH)8 鳞绿泥石鳞绿泥石绿泥石族绿泥石族绿泥石绿泥石海泡石（海泡石（sepiolite）、坡缕石等）、坡缕石等链层状结构硅酸盐矿物链层状结构硅酸盐矿物成分为成分为Mg4Si6O15(OH)26H2O斜方晶系斜方晶系世界最主要产地为土耳其的埃斯基谢希尔世界最主要产地为土耳其的埃

27、斯基谢希尔中国产地有江西乐平、湖南浏阳等。中国产地有江西乐平、湖南浏阳等。海泡石族海泡石族二二、非非粘粘土土矿矿物物（Non-Clay minerals），粘粘土土岩中矿物成分除粘土矿物外的矿物岩中矿物成分除粘土矿物外的矿物1 1、细小陆源碎屑矿物：石英、长石、少量重矿物、细小陆源碎屑矿物：石英、长石、少量重矿物2 2、自自生生的的非非粘粘土土矿矿物物：碳碳酸酸盐盐、硫硫酸酸盐盐（硝硝、石石膏膏）、铁、锰、铝（氧化物和氨化物）铁、锰、铝（氧化物和氨化物）3 3、不定量的有机物：生物遗体、不定量的有机物：生物遗体化石、腐殖质化石、腐殖质粘粘土土岩岩中中常常含含有有数数量量不不等等的的有有机机质质

28、，而而有有机机质质的的丰丰度度以以岩岩石石中中剩剩余余有有机机碳碳含含量量、氨氨基基酸酸总总量量以以及及氨氨基基酸酸总总量量与与剩剩余余有有机机碳碳含含量量的的比比值值作作为为衡衡量量标标准准。剩剩余余有有机机碳碳含含量量、氨氨基基酸酸总总量量高高，氨氨基基酸酸总总量量与与剩剩余余有有机机碳碳含含量量比比值值低低，则则有有机机质质丰丰度度高高，此此类类粘粘土土岩岩即即为为良良好好的的生生油油岩岩。这这类类粘粘土土岩岩常常呈呈深深灰灰、灰灰黑黑、黑黑色色，多多形形成成于于安安静静低低能能还还原原环环境境，如如澙澙湖湖、海海湾湾、深深水水盆盆地地。这这种种环环境境对对硫硫化化铁铁的的生生成成也也是

29、是有有利利的的，因因此此硫硫化化铁铁矿矿物物（如如黄黄铁铁矿矿）常与富含有机质的暗色粘土岩共生。常与富含有机质的暗色粘土岩共生。粘土岩的化学成分主要为粘土岩的化学成分主要为SiO2、Al2O3、H2O，可达，可达80%，其次，其次为为Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O等。如高岭石粘土等。如高岭石粘土岩富含岩富含Al2O3，水云母粘土岩富含，水云母粘土岩富含K2O，海泡石粘土岩富含，海泡石粘土岩富含MgO，陆源混入物含量较多的粉砂质粘土岩，陆源混入物含量较多的粉砂质粘土岩SiO2含量高。含量高。化学成分的变化取决于它的矿物成分、混入物、吸附的离子成化学成分的变化取决于它的矿物成

30、分、混入物、吸附的离子成分及含量等因素。分及含量等因素。粘土矿物常具有吸附各种离子的特性，常吸粘土矿物常具有吸附各种离子的特性，常吸附的阴离子有附的阴离子有PO43-，SO42-，Cl-，NO3-，阳离子有，阳离子有Ca2+，Mg2+，Na+，K+，H+等。它们是使粘土岩化学成分多变的原因之一。等。它们是使粘土岩化学成分多变的原因之一。化学成分与环境变化之间有一定关联：化学成分与环境变化之间有一定关联：淡水环境下高岭石含量淡水环境下高岭石含量高，高，K2O、MgO的含量低；硼和某些放射性元素的含量在海相的含量低；硼和某些放射性元素的含量在海相和非海相粘土中差异较大。和非海相粘土中差异较大。粘土

31、岩的化学成分粘土岩的化学成分第三节第三节 泥质岩的结构、构造和颜色泥质岩的结构、构造和颜色 肉眼鉴定和描述的重要依据肉眼鉴定和描述的重要依据 一、泥质岩的结构一、泥质岩的结构据粘土与碎屑相对含量据粘土与碎屑相对含量据粘土矿物的结晶程度据粘土矿物的结晶程度据粘土矿物集合体的形态据粘土矿物集合体的形态生物泥状结构生物泥状结构残余结构残余结构据粘土与碎屑相对含量：据粘土与碎屑相对含量：、泥状结构、泥状结构 粉砂粉砂5%、含粉砂泥状结构、含粉砂泥状结构 粉砂粉砂=5-25%、粉砂泥状结构、粉砂泥状结构 粉砂粉砂=25-50%、含砂泥状结构、含砂泥状结构 砂砂=5-25%、砂泥状结构、砂泥状结构 砂砂=

32、25-50%75757575 泥泥状状结结构构又又称称为为粘粘土土结结构构，几几乎乎全全由由粘粘土土质质点点组组成成，砂砂或或粉粉砂砂级级碎碎屑屑小小于于10，以以手手触触摸摸有有滑滑腻腻感感，用用小小刀刀切切刮刮时时，切切面面光光滑滑，常常呈呈现现鱼鱼鳞鳞状或贝壳状断口。状或贝壳状断口。含含粉粉砂砂泥泥状状结结构构和和粉粉砂砂泥泥状状结结构构也也可可分分别别称称为为含含粉粉砂砂粘粘土土结结构构和和粉粉砂砂粘粘土土结结构构。这这两两种种结结构构的的岩岩石石用用手手触触摸摸具具有有粗粗糙糙感感，刀刀切切面面不不平平整整，断断口粗糙。口粗糙。含含砂砂泥泥状状结结构构及及砂砂泥泥状状结结构构也也可可

33、分分别别称称为为含含砂砂粘粘土土结结构构和和砂砂粘粘土土结结构构。这这两两种种结结构构的的岩岩石石用用手手触触摸摸具具有有明明显显的的颗颗粒粒感感觉觉，肉肉眼眼可可见见砂砂粒粒，断断口呈参差状。口呈参差状。据粘土矿物的结晶程度：据粘土矿物的结晶程度：、非晶质结构、非晶质结构 、隐晶质结构、隐晶质结构 、显晶质结构、显晶质结构鳞片、粒状、纤维状鳞片、粒状、纤维状 、粗晶结构、粗晶结构蠕虫高岭石蠕虫高岭石1）非晶质结构：非晶质结构：很少见，仅见于水铝英石质的粘土岩中。很少见，仅见于水铝英石质的粘土岩中。2）隐晶质结构：隐晶质结构：最为常见，在偏光显微镜下难以识别粘土矿物最为常见，在偏光显微镜下难以

34、识别粘土矿物的晶形，电子显微镜下按晶形可分为超微片状、管状、纤维状、的晶形，电子显微镜下按晶形可分为超微片状、管状、纤维状、针状、束状、球粒状等各种结构。针状、束状、球粒状等各种结构。3）显晶质结构：显晶质结构：粘土矿物因重结晶而使晶体变粗，偏光显微镜粘土矿物因重结晶而使晶体变粗，偏光显微镜下按粘土矿物晶形可分为显微鳞片、粒状、纤维状等结构。当下按粘土矿物晶形可分为显微鳞片、粒状、纤维状等结构。当粘土矿物强烈重结晶时，可变为粗大晶体。如高岭石重结晶可粘土矿物强烈重结晶时，可变为粗大晶体。如高岭石重结晶可形成长形成长20mm、直径达、直径达23mm的蠕虫状，称为蠕虫状结构。的蠕虫状，称为蠕虫状结

35、构。残余结构：残余结构：在与风化残余、热液蚀变成因有关的在与风化残余、热液蚀变成因有关的泥质岩中出现，它们多为粘土岩经热液蚀变而成。泥质岩中出现，它们多为粘土岩经热液蚀变而成。按原岩结构不同，可分为：按原岩结构不同，可分为：、残余火山碎屑结构、残余火山碎屑结构 、残余斑状结构、残余斑状结构据粘土矿物集合体的形态：据粘土矿物集合体的形态：、鲕粒及豆粒结构：粘土矿物在沉积过程中围绕、鲕粒及豆粒结构：粘土矿物在沉积过程中围绕核心凝聚呈同心环状颗粒，直径小于核心凝聚呈同心环状颗粒，直径小于2mm者称为鲕者称为鲕粒，大于粒，大于2mm者称为豆粒。这两种结构多见于胶体者称为豆粒。这两种结构多见于胶体成因的

36、铝土质和水铝石质粘土岩中。成因的铝土质和水铝石质粘土岩中。、同生泥屑结构：同生成因的粘土质碎屑经再沉、同生泥屑结构：同生成因的粘土质碎屑经再沉积并被粘土物质胶结而成。积并被粘土物质胶结而成。生物泥状结构：生物泥状结构：、植物屑泥状结构、植物屑泥状结构 、骨屑泥状结构、骨屑泥状结构显微构造显微构造显微毡状构造显微毡状构造显微鳞片构造显微鳞片构造显微定向构造显微定向构造泥质岩的构造泥质岩的构造层理（水平层理、块状层理等）层理（水平层理、块状层理等）水底滑动构造水底滑动构造宏观构造宏观构造各种层面构造（干裂、雨痕、各种层面构造（干裂、雨痕、）宏观构造宏观构造、层理、层理水平层理，块状层理水平层理，块

37、状层理 具具有有水水平平层层理理构构造造的的粘粘土土岩岩，其其水水平平细细层层的的厚厚度度小小于于1cm者者称称为为页页状状层层理理或或页页理理，它它具具有有粘粘土土岩岩沿沿层层理理方方向向易易剥剥裂裂成成页页片片的的性性质质，是是由由于于层层状状粘粘土土矿矿物物水水平平定定向向排排列列而而具具有有易易剥剥裂裂性性的的结结果果；水水平平细细层层的的厚厚度度小于小于1mm者称为纹理者称为纹理，在粘土岩中也较常见。，在粘土岩中也较常见。、页理、页理页岩页岩具有粘土岩沿层理方向具有粘土岩沿层理方向易剥裂成页片的性质易剥裂成页片的性质、各各种种层层面面构构造造：干干裂裂、雨雨痕痕、虫虫孔孔、结核结核泥

38、裂的形成过程泥裂的形成过程 、鳞片构造、鳞片构造由极细小的、由极细小的、排列方向不规则排列方向不规则的粘土矿物组成，常见于的粘土矿物组成，常见于泥岩中。泥岩中。、毡状构造、毡状构造纤维状交织分布纤维状交织分布由极细小的鳞片状、纤维状粘土矿物由极细小的鳞片状、纤维状粘土矿物错综交织杂乱排列错综交织杂乱排列而成，在正交光下，纤体交错消光。而成，在正交光下，纤体交错消光。、定向构造、定向构造片状定向排列片状定向排列由极细小的鳞片状或纤维状粘土矿物由极细小的鳞片状或纤维状粘土矿物沿层面定向排列沿层面定向排列而而成，正交光下同时消光，常形成于无粗粒物质的缓慢沉成，正交光下同时消光，常形成于无粗粒物质的缓

39、慢沉积的较安静环境中。积的较安静环境中。微观构造微观构造粘土岩常见的颜色有红、紫、褐黄、灰绿、粘土岩常见的颜色有红、紫、褐黄、灰绿、灰黑、黑色等；灰黑、黑色等；颜色的差异与颜色的差异与粘土矿物的成分粘土矿物的成分、粘土岩含的、粘土岩含的有机碳有机碳、铁离子的氧化状态铁离子的氧化状态等因素有关；等因素有关；粘土岩的颜色能够反映沉积岩的粘土岩的颜色能够反映沉积岩的生成环境生成环境。粘土岩的颜色粘土岩的颜色（Colors of clayrocks）粘粘土土岩岩的的红红色色、紫紫红红色色是是因因粘粘土土颗颗粒粒间间或或颗颗粒粒表表面面存存在在有有分分散散状状的的高高价价氧氧化化铁铁（赤赤铁铁矿矿、褐褐

40、铁铁矿矿）薄薄膜膜，是是强强氧氧化化条条件件下下形形成成的的。颜颜色色的的不不同同与与含含铁铁总总量量无无关关，而而与与Fe3+与与Fe2+的比值有关。的比值有关。绿绿或或灰灰绿绿色色是是因因粘粘土土岩岩中中的的绿绿泥泥石石存存在在或或因因伊伊利利石石晶晶格格中中含含有有Fe2+所所致致，或或因因含含海海绿绿石石所所引引起起，是是弱弱氧氧化化弱弱还还原原环环境境下形成的。下形成的。粘粘土土岩岩的的灰灰色色、灰灰黑黑色色、黑黑色色大大多多是是岩岩石石中中富富含含有有机机质质和和分分散散状状低低价价铁铁的的硫硫化化物物（如如黄黄铁铁矿矿）所所致致，为为还还原原或或强强还还原原环环境境中中形形成成的

41、的。因因为为这这种种环环境境有有机机质质不不易易被被氧氧化化而而得得以以保保存存，高高价价铁铁也也易易被被还还原原而而形形成成硫硫化化铁铁。这这种种环环境境常常出出现现于于海海湾湾、澙澙湖湖、滨滨外外陆陆棚棚以以及及内内陆陆湖湖泊泊的的深深湖湖、半半深深湖湖区区。在在这这种种环环境境中中形形成成的的富富有有机机质质的的暗暗色色粘粘土土岩岩是是良良好好的的生生油油母母岩岩。因此，因此，灰、灰黑、黑色常是生油粘土岩的标志之一灰、灰黑、黑色常是生油粘土岩的标志之一。第五节第五节 泥质岩的分类与主要类型泥质岩的分类与主要类型一、泥质岩分类一、泥质岩分类 目目前前粘粘土土岩岩的的分分类类尚尚无无一一个个

42、完完善善而而又又统统一一的的方方案案，原原因因是是粘粘土土岩岩的的成成分分和和成成因因较较复复杂杂，组组成成粘粘土土岩岩的的颗颗粒粒又又极极细细小小，精精确确鉴鉴定定和和含含量量统统计计都都很很困困难难，成成岩岩作作用用中中又又极极易易变变化化。现现有有的的分分类类，一一般般先先按按粘粘土土岩岩在在成成岩岩作作用用中中的的变变化化，如如按按固固结结程程度度及及沉沉积积构构造造划划分分大大类类，再再进进一一步步按按粘粘土土岩岩的的结结构构、矿矿物物成成分分及混入成分细分及混入成分细分。其综合分类见下表。其综合分类见下表。泥质岩分类表泥质岩分类表 在在粘粘土土岩岩矿矿物物成成分分分分类类中中，按按

43、粘粘土土矿矿物物的的类类型型和和含含量量亦亦可可分分为为单单矿矿物物粘粘土土岩岩和和复复矿矿物物粘粘土土岩岩。前前者者以以一一种种粘粘土土矿矿物物为为主主，其其含含量量大大于于50，如如高高岭岭石石粘粘土土岩岩、蒙蒙脱脱石石粘粘土土岩岩等等。后后者者由由两两种种或或两两种种以以上上粘粘土土矿矿物物组组成成，可可采采用用复复合合命命名名，如如高高岭岭石石蒙脱石粘土岩等。蒙脱石粘土岩等。每类粘土岩又可按其固结程每类粘土岩又可按其固结程度分为度分为粘土、泥岩和页岩粘土、泥岩和页岩，如高，如高岭石粘土、高岭石泥岩、高岭石岭石粘土、高岭石泥岩、高岭石页岩等。页岩等。泥板岩类因固结和重结作用泥板岩类因固结

44、和重结作用较强，已是向变质岩过渡的类型，较强，已是向变质岩过渡的类型，一般不再细分。一般不再细分。二、泥岩主要类型二、泥岩主要类型伊利石粘土岩伊利石粘土岩粘粘土土矿矿物物主主要要为为伊伊利利石石，其其次次有有蒙蒙脱脱石石、伊伊/蒙蒙混混层层。具鳞片状、毡状构造。具鳞片状、毡状构造。产产于于各各种种大大陆陆、海海洋洋的的低低能能环环境境。地地质质时时代代愈愈老老伊伊利利石含量越高。石含量越高。高岭石粘土岩高岭石粘土岩粘土矿物主要为高岭石。粘土矿物主要为高岭石。形成方式有两种：形成方式有两种：、残积形成、残积形成潮湿、酸性介质中，硅酸盐风化残积。潮湿、酸性介质中，硅酸盐风化残积。、沉沉积积形形成成

45、沼沼泽泽、近近海海、泻泻湖湖中中化化学学沉沉积积形形成成，与煤系地层有关。与煤系地层有关。蒙脱石粘土岩蒙脱石粘土岩斑脱岩斑脱岩粘土矿物主要为蒙脱石，吸水性强。粘土矿物主要为蒙脱石，吸水性强。形成方式：形成方式：、残积型、残积型火山喷发物质在碱性介质中水解形成火山喷发物质在碱性介质中水解形成 、沉积型、沉积型湖泊、岛弧附近，与火山活动有关。湖泊、岛弧附近，与火山活动有关。泥岩与页岩泥岩与页岩 常见有：常见有：、钙质、铁质、硅质泥岩与页岩、钙质、铁质、硅质泥岩与页岩 、碳质页岩与黑色页岩、碳质页岩与黑色页岩前者为碳质引前者为碳质引 起，后者含有机质与起，后者含有机质与FeSFeS。、油页岩油页岩干

46、酪根超过干酪根超过10%10%的页岩的页岩斑脱岩薄片斑脱岩薄片高岭土高岭土泥岩泥岩黏土黏土钙质泥岩钙质泥岩黑色泥岩黑色泥岩硅质泥岩硅质泥岩泥质页岩泥质页岩炭质页岩炭质页岩铁质页岩铁质页岩油页岩油页岩黑色页岩黑色页岩第六节第六节 泥质岩的成岩后生变化泥质岩的成岩后生变化 泥质沉积物沉积之后，经成岩作用，无论在成分上、泥质沉积物沉积之后，经成岩作用，无论在成分上、泥质沉积物沉积之后，经成岩作用，无论在成分上、泥质沉积物沉积之后，经成岩作用，无论在成分上、结构上及构造上均有极大变化，而且也涉及到许多矿床如结构上及构造上均有极大变化，而且也涉及到许多矿床如结构上及构造上均有极大变化，而且也涉及到许多矿

47、床如结构上及构造上均有极大变化，而且也涉及到许多矿床如石油的形成及运移。泥质岩中的成岩作用主要是通过下列石油的形成及运移。泥质岩中的成岩作用主要是通过下列石油的形成及运移。泥质岩中的成岩作用主要是通过下列石油的形成及运移。泥质岩中的成岩作用主要是通过下列作用和变化。作用和变化。作用和变化。作用和变化。一、压实作用一、压实作用 二、粘土矿物的变化二、粘土矿物的变化 三、粘土矿物的脱水作用三、粘土矿物的脱水作用一、压实作用一、压实作用 新新沉沉积积的的粘粘土土矿矿物物（多多为为片片状状）沉沉积积物物，呈呈絮絮凝凝团团，孔孔隙隙度度可可达达7070，孔孔隙隙中中饱饱含含着着自自由由水水。随随着着埋埋

48、藏藏深深度度的的增增加加，在在上上伏伏水水体体和和沉沉积积物物的的负负荷荷压压力力下下，通通过过质质点点重重新新排排列列（使使片片状状质质点点趋趋于于平平行行排排列列）、变变形形或或破破裂裂，孔孔隙隙水水不不断断排排出出，原原始始粘粘土土沉沉积积物物孔孔隙隙度度大大大大降降低低，体体积积缩缩小小，最最后后被被压压实实固固结结成为粘土岩，所以它要比砂岩更易压实。成为粘土岩，所以它要比砂岩更易压实。压压压压实实实实作作作作用用用用是是是是泥泥泥泥质质质质岩岩岩岩中中中中最最最最重重重重要要要要的的的的成成成成岩岩岩岩作作作作用用用用，压压压压实实实实作作作作用用用用在在在在泥泥泥泥质质质质岩岩岩岩

49、中中中中主主主主要要要要表表表表现现现现在在在在两两两两个个个个方方方方面面面面即即即即：孔孔孔孔隙隙隙隙减减减减小小小小、排排排排出出出出水水水水和和和和矿矿矿矿物物物物定定定定向向向向排排排排列列列列，也也也也就就就就是是是是说说说说它它它它不不不不仅仅仅仅使使使使泥泥泥泥质质质质沉沉沉沉积积积积物物物物固固固固结结结结成成成成岩岩岩岩，而而而而且且且且使使使使岩岩岩岩石石石石的的的的成成成成分分分分、结结结结构构构构和和和和物物物物性性性性都都都都发生变化。发生变化。发生变化。发生变化。粘粘土土沉沉积积物物在在被被压压实实的的过过程程中中，孔孔隙隙度度的的减减小小和和埋埋深深的的增增加加

50、并并非非直直线线关关系系。埋埋深深在在300300500m500m以以内内，粘粘土土物物质质中中所所饱饱含含的的孔孔隙隙水水很很容容易易排排出出，故故在在这这个个深深度度范范围围内内，孔孔隙隙度度急急剧剧降降低低；埋埋深深大大于于500m500m时时，孔孔隙隙度度降降低低显显著著变变慢慢。原原因因是是大大量量孔孔隙隙水水排排出出后后，孔孔隙隙度度再再继继续续降降低就要靠排出与粘土物质结合紧密的层间水和结构水来实现。低就要靠排出与粘土物质结合紧密的层间水和结构水来实现。随着深度的增加，层间随着深度的增加，层间水和结构水的排出将愈水和结构水的排出将愈来愈困难。因此，当埋来愈困难。因此，当埋深在深在