第七章 粘土岩

• 三、有机物质
• 粘土岩中常有数量不等的有机物质，而有机质的 丰度以岩石中剩余有机碳含量、氨基酸的总量以 及氨基酸总量/剩余有机碳的比值作为衡量标准。 剩余有机碳含量、氨基酸含量高，氨基酸总量/剩 余有机碳的比值低，则有机质丰度高，此类粘土 岩为良好的生油岩。这类粘土岩常呈深灰、灰黑、 黑色，多形成于受限制的安静低能还原环境，如 泻湖、海湾、海湖深水盆地。同时，这种环境也 利于硫化铁的生成，故硫化铁矿物（如黄铁矿） 常与富有机质的暗色粘土岩共生。
集合体呈六方柱状的全自形高岭石
扫描电镜
• 2.埃洛石（多水高岭石）族 • 有埃洛石和变埃洛石两种主要矿物。
• 埃洛石又称多水高岭石、四水高岭石、叙 永石，Al4[Si4O10](OH)8 ·4H2O；变埃洛石 又称变多水高岭石、二水高岭石、变叙永 石，含有2.2~2.3 H2O。
• 埃洛石的晶体结构为1:1型。层间域有 一层水分子，故层间水较多。10埃埃 洛石多呈白色致密块状集合体，断口 细腻，微具油脂光泽或瓷状光泽。风 干后呈现不规则尖角状裂纹。相对密 度2.1~2.6，硬度1.0~2.6，遇酸较易溶 解。
K＜1Al2[（Al，Si）Si3O10]（OH）2·nH2O 。 晶体结构属2:1型。 • 偏光显微镜下，伊利石呈鳞片状、羽毛状 集合体。无色，低~中正突起，干涉色可达 二级顶部，近乎平行消光，正延性。
• 透射电镜下，伊利石呈不规则鳞片状晶体 或边界圆滑的片状。
• 扫描电镜下，伊利石集合体呈层片状排列 或弯曲片状。
• 凹凸棒石为青灰至灰白色，土状，具粘性和可塑 性，浸泡不易分散；可形成具工业规模的矿床。 （坡缕石为白色纤维状，无粘性和可塑性。结晶 程度较好）。
• 偏光镜下，凹凸棒石呈黄褐色、浅绿色纤维状或 鳞片状集合体，干涉色达一级黄，常与蒙脱石共 生，不易区分。
• 在透射电镜下，放大2万倍，呈现轮廓清晰的细长 棒状，常聚成束。
Si-O四面体和四面体片结构示意图
Al(Mg)-(O,OH)八面体和八面体片结构示意图
• 当八面体层中心由三价的阳离子（Al3+、 Fe3+）充填时，则所有的八面体的中心，只 有三分之二被充填，必定有一个空位置， 称二八面体型结构（水铝矿层Al-OH）。
• 当八面体层中心由二价的阳离子占据时， 则所有的八面体的中心全部被充填，称三 八面体型结构（水镁石层Mg-OH）。
• 层间阳离子还可以分为“固定的”和 “可 交换的”。如伊利石，四面体中的一部分 硅被铝代替。而蒙脱石的八面体片中每六 个铝离子中有一个被镁代替。
• 二、混合层粘土矿物（混层矿物） • 除了以上简单的层状结构粘土矿物外，还
有不少的混层粘土，它是由两种以上的粘 土矿物的结构单位层在c轴方向交互叠置构 成的。
• 5.绿泥石族
• 可分为正绿泥石（富镁绿泥石）和磷绿泥石 （富铁绿泥石）两类。
• 正绿泥石（Mg,Fe）[(Al,Fe)pSi4-pO10][OH]8。 • 磷绿泥石（Mg,Fe）n-p （Fe,Al）p[(Fe, Alp)
Si4-pO10][OH]2(n-2) ·xH2O。
• 6.海泡石族：海泡石、坡缕石等。属层状结 构硅酸盐矿物。
烧结状态、烧结温度。
• 4. 耐火性：指粘土在高温下不熔化的性能。 粘土在高温下发生软化并开始熔融时的温度 称为耐火度。按照耐火度将粘土分为三类：
• ⑴非耐火粘土：耐火度＜1350℃，如蒙脱石 粘土；⑵难熔粘土：耐火度为1350~1580℃， 如某些含杂质的高岭石粘土；⑶耐火粘土： 耐火度＞ 1580℃，如高岭石粘土、埃洛石 粘土。
耐火度随Al2O3含量增高而增高，随杂质 Fe3+，TiO2及SiO2含量增加而降低。
• 5. 干缩性
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，颗粒间距离缩 短、孔隙减少，而产生的体积收缩的现象。 对于工业原料来说，是一种不利的性质。
• 6. 吸水膨胀性
• 粘土矿物具有极强的吸水能力，它是粘土 矿物水化作用的表现。水化作用分为两个 阶段：第一阶段是粘土吸附的交换性阳离 子的水化，第二阶段是粘土矿物晶体层面 的水化。
• 四、非晶质和半晶质粘土矿物 水铝石英：具玻璃质外貌，贝壳状断口。
易晶化脱玻，转变为多水高岭石。
伊毛缟石、硅铁石。
• 四、粘土矿物的分类：主要依据晶体化学 特征进行。
第二节 粘土岩的矿物成分
• 粘土岩的矿物成分以粘土矿物为主，次为陆 源碎屑矿物、化学沉淀的非粘土矿物及有机 质次为。F其e化、学Mg成、分C以a、SiNOa2、、AKl的2O氧3、化H物2O及为一主些， 微量元素。
• 电子显微镜下，多水高岭石呈管状， 与高岭石的片状形态相差较大。
• 3.蒙脱石族 • 蒙脱石、拜来石、绿脱石、皂石等。
• 蒙脱石又称胶岭石或微晶高岭石， (Al2,Mg3)[Si4O10](OH)2 ·nH2O。
• 质纯者呈白色或灰白色，因含杂质而染成黄、桃红、 灰绿色。致密块状者呈腊状光泽，疏松土状者光泽暗 淡，硬度1~2，相对密度2~3。
• 偏光显微镜下，蒙脱石呈细鳞片状，以负突起和较高 的干涉色而区别于高岭石和水云母。
• 在电子显微镜下，蒙脱石呈细鳞片状、鹅毛状、绒状， 轮廓不清。
• 拜常来呈石 绒又 毛称 状贝 或德 云石块，状成，分光为性特Al2征[S近i4O似10于](O蒙H脱)2石·n。H2O，
• 4.水云母族：包括伊利石和海绿石等矿物。 • 伊利石又称水云母，化学成分
3.2:1:1型：由一层2:1型结构单元层再 叠置和连接一层似水镁石八面体层 而构成，常见于绿泥石族矿物。
• 层间域：在粘土矿物的晶体结构中，彼此 重叠的相邻结构单元层之间的位置称为 “层间域”或“层间”。层间域可以是空 的，如高岭石；也可以有物质充填，如多 水高岭石有水分子、蒙脱石有水分子和阳 离子充填。
• 粘土矿物是构成粘土岩中＜0.0039mm颗粒 的主体，陆源碎屑矿物则主要构成粘土岩中 的粉砂与砂粒部分，自生的非粘土矿物量少， 但有助于判断形成环境及成岩过程中的变化。
• 一、主要粘土矿物的特征
• 1.高岭石族：
包括高岭石、地开石、珍珠陶土三种，化 学式 Al4[SiO10](OH)8，或Al2O3 ·2SiO2 · 2H2O。
• 蒙脱石的水化能力最强，吸水膨胀8～10倍
• 四面体和八面体基本结构层在空间上彼此 以一定规律结合就形成了“结构单元层”。 根据结构单元层中各基本结构层相互结合 的比例及叠置方式不同，可将层状结构粘 土 矿物的结构单元层分为三种类型。
• 1.高岭石型：属双层型的结构单位层（1:1 型），由一层八面体片连接一层四面体片 组成。
2. 蒙脱石型：属三层型的结构单位层 （2:1型），由两层四面体夹一层八 面体组成，常见于蒙脱石和白云母 族、伊利石矿物。
度，能够维持粘土颗粒之间相互结合而不 松散，称之为粘土的结合性。通常粘土的 可塑性越强，其结合力越大。
• 3. 烧结性
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，工业价值越高。
由于粘土是由多种矿物混合而成，无固 定熔点，粘土中的长石、云母、绿泥石、碳 酸盐、石膏等杂志，首先熔化，形成液相充 填于粘土颗粒孔隙之间，粘结未熔化的粘土 物质，使粘土的孔隙度下降、密干草堆，有时纤维弯 曲，互相交错叠置在一起。
• 二、非粘土矿物
• 1. 陆源碎屑矿物：石英、长石、云母、各种副矿 物。主要是石英，呈单晶出现，圆度差，边缘较 模糊，多分布于不纯的粘土岩中。
• 2. 化学沉积的自生矿物：主要有Fe、Mn、Al的氧 化物和氢氧化物（赤铁矿、褐铁矿、水针铁矿、 水铝石）、含水氧化硅（如蛋白石）、碳酸盐 （如方解石、白云石、菱铁矿）、硫酸盐（如石 膏、硬石膏）、磷酸盐（如磷灰石）、氯化物 （如石盐等）。他们都是在粘土岩形成过程中生 成的，其含量一般不超过5%，是粘土岩形成环境 及成岩后生变化的重要标志。
• 一个结构单元层加一个层间域组成一个 “ 示单。位是构鉴造定层 粘” 土。 矿物单的位重构要造数层据的。厚度用d0表
• 层电荷和层间离子：结构单元层中，若发 生同型置换，四面体中的Si4+被Al3+ 取代， 八面体中的Al3+被Mg2+、Fe2+取代，则结构 单元中就出现负电荷。于是就在层间要出 现层间阳离子来平衡。它可以是无水的， 也可以是水化的。
• 粘土岩的化学成分与沉积环境有一 定关系。
淡水粘土中高岭石含量较高， 故K2O、 MgO含量低于海相或泻 湖相粘土；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。
第三节 粘土岩的工艺物理性质
• 1. 可塑性 • 粉碎后水调和后造形，撤外力形不变。以
膨润土的可塑性最好。
• 2. 结合性（粘结性） • 塑性泥团干燥后，变得坚实，具有一定强
• 若两种以上粘土矿物结构单位层作有规律 的互层叠置，则称有序混层，如伊-蒙混层、 绿-蒙混层、伊-绿混层等。否则称为无序混 层。
• 三、链层状粘土矿物 是含水的铝镁硅酸盐，包括坡缕石（凹
凸棒石）、海泡石等。
• 坡缕石（凹凸棒石）是富铝（铁）的成员， 具有孔道结构。
• 海泡石是富镁而贫铝、铁的链状矿物，具 有孔道结构。
• 具有一些独特的物理性质；可构成 矿床。
第一节 粘土矿物的晶体结构
• 粘土矿物是一种含水的硅酸盐或铝硅酸盐， 可分为非晶质和结晶质两类。
• 结晶质的粘土矿物又可分为层状及链状结 构两种。
• 层状结构的粘土矿物由两种基本结构层构 成：硅氧四面体层和铝氧八面体层或镁氧 八面体层。
一、层状结构粘土矿物 是由两个基本结构层组成的，四面体片 和八面体片。
海泡石成分为Mg4Si6O15（OH） 2·6H2O。又名蛸螵石。质轻多空（能浮于 水）。也有致密块状。