沉积岩石学5章粘土岩

埃洛石常呈致密块状或土状集合体产出，白色或略带 浅色色调。土状者无光泽，瓷状块体可显蜡状光泽，比重 2.1·-2.6，硬度1-2.6，遇酸较易溶解。
薄片中无色，结晶极细，镜下不能分辨晶粒界限。干 涉色极低，似乎是均质光性。在扫描电镜下的典型形态为 管状，有时为长管状，有时为短管状；另一种形态为圆球 状。
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第3节. 粘土岩的结构、构造和颜色
(一)、结构
1.根据粘土质点、粉砂及砂的相对含量，将粘土岩 的结构划分为以下几种类型(见下表)：
结构类型
粘土结构 含粉砂（砂）粘土结构 粉砂（砂）质粘土结构
粘土及粉砂（砂）含量
粘土（％） 粉砂（砂）（％）
> 90 75－90 50－75
<10 25－10 50－25
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层状结构的粘土矿物，由Si-O四面体和Al（Mg）（O,OH）八面体二种单位层组成。
硅氧四面体结构示意图：a-单个四面体 b-四面体片
201A9l/9（/7 Mg）-（O,OH）八面体结构示意图：c-单个八面体 d-八面体片 8
四面体片与八面体片都与晶体的(001)面平行，与C 轴垂直或近于垂直，并按一定的规律结合形成结构 单元层。
伊利石是介于云母、高岭石及蒙脱石之间的中间矿物， 有多种成因，如长石和云母风化分解，蒙脱石被钾交代， 胶体沉淀再结晶，热液蚀变等。形成于气温较低，排水不 畅的碱性环境中。水云母成分中富碱金属钾，如果气候湿 热，化学风化彻底，水流通畅，K被流失带走，则可形成高 岭石。
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埃洛石(多水高岭石)
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3）蒙脱石族
蒙脱石族矿物的晶体结构属2：1型层状硅酸盐，四面体 层中的Si+4可以被Al+3置换，八面体层中的Al+3可以被Fe+2、 Mg+2、Ni、Li、Cr等阳离子置换。蒙脱石族矿物由于具有广 泛的离子转换性能，其成分变化较大，形成一系列的蒙脱石 族矿物。常见的有蒙脱石、拜来石、绿高岭石、皂石等，其 中以蒙脱石、拜来石最常见。
水云母(伊利石)
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二.非粘土矿物
粘土岩中还含有非粘土矿物，包括碎屑矿物和其它 自生矿物。
碎屑矿物主要有石英、长石、云母及副矿物等，大 多分布在不纯的泥质岩中。据分析统计，在粘土级的质 点中，石英碎屑很少超过0.1%，长石等就更少了。
化学沉淀的自生矿物则有赤铁矿、褐铁矿、蛋白石、 方解石、白云石、石膏、硬石膏、黄铁矿等。
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1）高岭石族 高岭石族矿物的晶体结构基本相同，
系由一层Si-O四面体层和一层Al-O八面体层组成。高岭 石、地开石、珍珠陶土三者之间的区别是各结构单位层 之 间 平 移 的 角 度 不 同 。 高 岭 石 晶 体 很 小 ， 约 为 0.010.001mm，经重结晶后可增大，一般在1mm以下。高岭 石常为白色，有时呈淡褐、黄、浅红或淡青色。集合体 呈鳞片状、土状或致密状。硬度硬度＜2．5 ，比重 2.58-2.60。
粘土岩中还常含有机质，Eh值低、还原、受限制的 环境有利于有机物质保存。如泻湖、湖泊、海湾、远滨 海盆均可具备这些条件。丰富的有机质提供了生油的前 提，所以，泥岩是很重要的生油岩。
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三.有机质
粘土岩中常含有数量不等的有机质。有机质的丰度以
岩石中剩余有机炭含量、氨基酸总量以及氨基酸总量与剩
粘土，固结者称为粘土岩（泥岩）和页岩。 成因：
1.母岩风化产物，呈机械悬浮状态搬运沉积而成； 2.铝硅酸盐矿物分解的产物，通过胶体凝聚作用形成的 自生矿物； 3.火山灰蚀变而成； 4.风化残积形成。
因此，可以把粘土岩（泥质岩）理解为广义的名称， 它既包括陆源成因的泥岩，又包括其他成因的粘土岩。
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根据结构单元层排列的规律性，又可分为：
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1：1型 由一个 Al-O 八 面 体 层 连 结 一 个 Si-O 四 面 体 层 组成，这种格架不 随含水量变化而膨 胀，如高岭石和埃 洛石。
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2：1型 Al-O八面体层 夹 在 两 个 Si-O 四 面 体 层 之间。这些三层单位是 疏松的，彼此在C轴方向 上束缚其间存在的水和
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粘土结构： 岩石中90％以上由隐晶质或细小鳞片 状粘土质点组成，手触摸有滑感，用小刀切割，其切面 很光滑，断口呈贝壳状。
（含）粉砂（砂）粘土结构：岩石中含有 10—25％ 的粉砂（砂）粒。以手触摸有粗糙感，刀切面不平坦， 断口粗糙。
粉砂（砂）质粘土结构：含有25—50％的粉砂（砂） 粒。手触摸有明显的颗粒感，肉眼可见砂粒，断口呈参 差状。
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2.按照粘土矿物的结晶程度： 1）非晶质结构 2）隐晶质结构 3）显晶质结构 4）粗晶结构
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3.按照粘土矿物集合体的形状划分为：
1）鲕状及豆状结构 在沉积过程中，粘土质点围 绕核心凝聚而成，＜2mm者鲕粒，＞2mm者叫豆粒，这 种结构多见于胶体成因的粘土岩中。
高岭石还具有几种典型的聚合体形态，即单晶按一 定形状规则堆叠。一种为蠕虫状，单晶体(001)面沿Z轴 方向堆叠并同时发生弯曲，形似一条弯曲的蠕虫。另一 种聚合体呈呈六方柱状。
花岗岩风化壳中的高岭石，常具长石假象，内部亦 呈叠片状。结晶差的高岭石则呈不规则状。
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用途：粘土岩具有独特的物理性质，如可塑性、耐 火性、烧结性、吸水膨胀性、吸附性等，有着广泛的用 途。在黑色页岩和碳质页岩中还发现含有Ni、Mo、V、Pb 、Pt、Pd、Ce、Y等稀有、稀土元素。粘土岩也是重要的 生油岩和油气藏的盖层，所以，研究泥质岩（粘土岩） 具有重要的经济意义。
分布：粘土岩是分布最广的一类沉积岩，布拉特 (Blatt，1970)估计，地球表面大陆沉积物中有69％是 页岩，克拉克(clarke，1924)认为在整个地质时期所产 生的沉积物中，页岩占80％。
蒙脱石(胶岭石、微晶高岭石)呈白色或灰白色，因含杂 质而染成黄、桃红、灰绿等色。致密块状者呈腊状光泽，疏 松状者光泽暗淡呈土状，硬度1-2，比重2-3。
薄片中无色，含铁者带淡绿和粉红色，具多色性，负突 起，晶形呈极细的鳞片状，镜下难以分辨轮廓界限，干涉色 可达二级蓝绿。
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蒙脱石
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余有机炭含量的比值作为衡量标准。
四. 粘土岩的化学成分 粘土岩的化学成分主要为SiO2，Al2O3及H2O，在一般
粘土岩中，三者总量可达80%以上，其次为Fe2O3、FeO、 MgO、CaO、Na2O、K2O等。不同粘土岩，化学成分变化较大， 取决于矿物成分、混入物、吸附的阳离子类型和含量。
粘土岩的化学成分与沉积环境有一定关系，淡水粘土 岩中，高岭石含量较高，故MgO、K2O的含量低于海相或泻 湖相粘土岩；硼和某些放射性元素的含量在海相和非海相 粘土岩中差异较大。
伊利石由于成因和产状不同，在形态上产生一些差 异。在电子显微镜下主要有两个类型：(1)边界圆滑的鳞片 状，为碎屑沉积、粘土岩和风化壳中的伊利石典型形态； (2)带有尖角和直边的片状，热液蚀变岩石和古老地层中产 生的伊利石多具此形态。
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伊利石聚合体形态有以下几种：(1)杂乱堆积的聚合体； (2)(001)面沿Z轴略具定向排列；(3)薄片交叉堆叠形似峰 窝状；边缘生长出极细的丝状物，称为毛发状；(4)丝缕状。
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4）伊利石族
伊利石又称水云母，晶体结构属2：1型层状硅酸盐 矿物。在国际粘土协会把它归入云母族中。水云母这一名词 在沉积岩中运用很久，系指水化作用较强的云母族矿物。伊 利石成分是KA l 2［(Si，Al)4O10］［OH］2·nH2O，与白云母 的区别是钾少而含水多。颜色为无色、白色和绿色，细小鳞 片集合体。薄片中无色，有时带淡绿或淡黄褐色。晶形很特 别，常呈具弯曲轮廓的片状。干涉色一般不超过二级中部， 近于平行消光，光轴角常小于5°。
缺乏碱金属和碱土金属的酸性介质环境(pH ＜6.5)是高岭石富集的有利条件。
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2）埃洛石(多水高岭石)族 埃洛石族包括二种矿
物，即埃洛石和变埃洛石。埃洛石又名多水高岭石或叙永 石，化学式Al2O3·2SiO2·4H2O;变埃洛石又名变多水高岭 石或变叙永石，化学式为Al2O3·2SiO2·2H2O。埃洛石的晶 体结构与高岭石相似，但堆积方式不同。埃洛石属无序结 构。层间分子键连结力微弱，水分子可进入，形成层间水。
意义：研究粘土岩的成分、结构、构造、成因、成 岩作用、地质地理分布，对认识地壳表层的发展历史， 恢复古代沉积环境具有主要意义。
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常见术语的解释
关于粘土岩的术语比较混乱，介绍几个常见术语。 1. 粘土（clay）：在地质学中，粘土具有两个方面的含义。其一： 粘土是一个岩石术语；其二：粘土为一个粒度术语。 在沉积岩石学中，粘土是指松散的、尚未固结成岩的、以粘土矿物 为主的沉积物，经过成岩作用以后就便为沉积岩。 作为一个粒度术语，粘土是指粒度分析中的最细粒部分，重要由粘 土矿物组成，其粒径一般小于0.005 或 0.0039mm（ >8Φ ），甚至 在2μm、1 μm以下。 2．粘土矿物 是构成岩石和土壤细粒部分（< 2μm ）的主要矿物，一 般情况下，粘土是细分散的、含水的层状硅酸盐矿物及层链状硅酸盐 矿物和含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。 3. 页岩（shale） ：页理（薄叶片状或薄片、层状节理）发育的粘 土岩称为页岩。
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二、粘土岩的物质成分
(一) 粘土岩的矿物成分 1.粘土矿物
粘土岩（泥质岩）的主要矿物成分是粘土矿物。
粘土矿物是一种含水的硅酸盐或铝硅酸盐矿物， 粘土矿物大部分是晶质的，但也存在一些晶体结构、 成分不固定的非晶质粘土，如水铝英石。结晶质粘 土可分为层状和链状结构，最常见的是层状结构的 粘土矿物。
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蒙脱石主要产于中酸性火山岩及火山凝 灰岩的风化壳，并大量富集于斑脱岩中。是 在蒸发量超过降雨量，淋滤作用微弱的碱性 环境中，由铝硅酸盐矿物及火山玻璃分解形 成。蒙脱石粘土含有碱和碱土金属，是风化 不充分的产物。如碱和碱土金属从中淋失， 碱性介质转变为酸性介质时，蒙脱石就向高 岭石转化。
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第2节. 粘土岩的物质成分
一、粘土岩的矿物成分
粘土岩的主要矿物成分是粘土矿物，其次为石 英、长石、云母等陆源碎屑矿物和自生的非粘土矿 物。
粘土矿物是一种含水的硅酸盐或铝硅酸盐矿物，
粘土矿物大部分是晶质的，但也存在一些晶体结构、 成分不固定的非晶质粘土，如水铝英石。结晶质粘
土可分为层状和链状结构，最常见的是层状结构的 粘土矿物。
第五章 粘 土 岩
第1节. 概述 第2节. 粘土岩的物质成分 *第3节. 粘土岩的结构、构造和颜色 *第4节. 粘土岩的分类及主要类型 第5节. 粘土沉积物的沉积后变化
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第1节. 概述
概念：粘土岩是一种主要由粒径＜0.005或＜0.0039mm 的细碎屑组成，并含大量粘土矿物的沉积岩。疏松者称为
高岭石
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高岭石主要由岩浆岩、变质岩中的长石、 似长石和其它铝硅酸盐矿物，在风化作用下， 或在含碳酸盐和硫酸热液的作用下形成的。硅 酸盐矿物中一部分SiO2分解出来，呈胶体溶液 被带走，残留下来的在表生环境形成高岭石和 其它粘土矿物。
形成残积型高岭石需要温湿或湿热的气候 和微起状的地形条件。
阳离子。含水量的增加， 可使C轴大小范围从9.6 单位到21.4单位变化，矿
物具明显的膨胀性，如 蒙脱石。
2：1：1型 以插进水
镁石层为特征，
Mg(OH)2 介 于 三 层 单 位
之间，如绿泥石。
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不同类型的粘土矿物，其晶体结构不同。因此， 可按晶体结构特征对粘土矿物进行分类。
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薄片中无色至淡黄色，正低突起，结晶粗大者往往
形成蠕虫状和手风琴状集晶。
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在透射电镜下，高岭石呈六边形鳞片状晶体，对边 平行，对角相等(接近120。)。
在扫描电镜下呈全自形的六角板状晶体，常具有一 定厚度。单个晶体有的在1μ m左右。在结晶条件较好 的情况下，晶体可达5μ m以上，晶体轮廓鲜明，晶面 平整光滑。