沉积岩石学第章

硅质胶结和黏土基质
第七章 泥质岩（粘土质岩）
第一节 概述
由粘土矿物及粒径小于0.0039mm的细碎屑（＞8ф）组成。
泥质岩是沉积岩中分布最广的一类岩石，约占沉积岩总体积的55％。 构成泥质岩的最主要矿物为粘土矿物，多系母岩风化产物，以悬浮 方式被搬运到水盆地中沉积形成；部分粘土矿物由胶体SiO2及Al2O3 形成和火山灰蚀变产生。所以，这类岩石主要由机械作用形成，也 是化学、生物化学作用。
1、高岭石：埋藏成岩作用能引起高岭石类粘土矿物的转化或消失。
随着埋深的增加和温度的增高，如果孔隙水为酸性介质，高岭 石重结晶或转化为地开石，如果孔隙水为碱性介质并有K+离子存在， 高岭石转化成伊利石，如有Ca2+、Na+或Mg2+离子则转化成蒙脱石 或绿泥石。
2、蒙脱石：蒙脱石是一种典型的以水合阳离子及水分子作为层间 物的2︰1型粘土矿物，它随着埋藏深度的增加，温度升高，压力增 大，将有一部分层间水失掉，形成混层过渡粘土矿物。
不规则鳞片状
伊蒙混层
100-170、500-650、850-900度三个吸热 谷，在925-1020度有一个放热峰
主要在400度以上
绿泥石
二、非粘土矿物，除粘土矿物外
1、细小陆源碎屑矿物：石英、长石、少量重矿物
2、自生的非粘土矿物：碳酸盐、硫酸盐（硝、石膏）、铁、锰、 铝（氧化物和氨化物） 3、不定量的有机物：生物遗体—化石、腐殖质
②高岭石粘土岩
粘土矿物主要为高岭石。 形成方式有两种： Ⅰ、残积形成—潮湿、酸性介质中，硅酸盐风化残积。 Ⅱ、沉积形成—沼泽、近海、泻湖中化学沉积形成， 与煤系地层有关。
③蒙脱石粘土岩—斑脱岩
粘土矿物主要为蒙脱石，吸水性强。 形成方式：
Ⅰ、残积型—火山喷发物质在碱性介质中水解形成 Ⅱ、沉积型—湖泊、岛弧附近，与火山活动有关。
新沉积的粘土矿物（多为片 状）沉积物，呈絮凝团，孔隙 度可达70％，随着埋藏深度的 增加，在上伏水体和沉积物的 负荷压力下，通过质点重新排 列（使片状质点趋于平行排 列）、变形或破裂，不断排出 水份，结果使孔隙度连续降低。 所以它要比砂岩更易压实。
压实作用是泥质岩中最重要的成岩作用，压实作用对泥质岩主要在 两个方面即孔隙减小、排出水和矿物定向排列，也就是说它不仅使 泥质沉积物固结成岩，而且使岩石的成分、结构和物性都发生变化
6、结构分类
层状硅酸盐矿物可根据其层型（1︰1或2︰1），层间物质和其相互 间的混合特征分为八个主要族，在根据八面体片（二八面体和三八 面体）的化学组成和单个层内的几何性质还可进一步划分为亚族和 种（表）。
7、过渡结构
粘土矿物的基本结构极为相似，在自然界中，随着物理化学环境的 变化，粘土矿物甲可以变为乙，而在这种转化的过程中，存在一个 过渡阶段，这个阶段的结构状态，我们称为转化过渡结构。这种过 渡结构主要有：
（1）2︰1向1︰1转化过渡结构，如伊利石向高岭石转化过渡结构。
（2）2︰1与相邻的2︰1之间的转化过渡结构，如蒙脱石向伊利石 转化过渡结构。
（3）层链状结构向层状结构转化过渡结构，如海泡石向滑石转化 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Hale Waihona Puke Baidu乙矿物的过 程都是在矿物“甲”中出现“乙”畴，随着“乙畴”的扩大和“甲” 畴的缩小，直到全部转变为矿物“乙”。
粘土矿物的结构由两种基本结构层组成，即四面体层和八面体层。
1、四面体：是由一个Si（Al、Fe）与四个氧紧密堆积所构成的四 面体（SiO4）。
2、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 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Al代替Si时例外）， 只剩下一个未被公用的O2-（有时被OH-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（SiO4）所组成的层状结构有 一定的排列形态，具有自由电荷。
宏观构造
Ⅰ、层理—水平层理，块状层理
Ⅱ、页理—页岩
Ⅲ、干裂、雨痕、 虫孔、结核
微观构造
Ⅰ、鳞片构造 Ⅱ、毡状构造—纤 维状交织分布 Ⅲ、定向构造—片 状定向排列
第五节 泥质岩的分类与主要类型
一、泥质岩分类
二、泥岩主要类型
①伊利石粘土岩
粘土矿物主要为伊利石，其次有蒙脱石、伊/蒙混层。 具鳞片状、毡状构造。 产于各种大陆、海洋的低能环境。地质时代愈老伊利 石含量越高。
每个硅氧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均被二价阳离子占据时，便称为三八面体型结 构；若全由三价阳离子填充时，必有一个位置是空缺，故称为二板 面体型结构；如二价和三价阳离子共存时，则属于上述二者之间的 过渡类型。
结构单元层与结构单元层之间存在有间隙，如果结构内部正负电荷 已达到平衡，则层间无需阳离子，如果尚未达到平衡（主要为 Si4+—Al3+），则需要一定数量的阳离子以补偿其电荷的不足。
3、伊利石和绿泥石：伊利石和绿泥石在埋藏成岩过程中，若在酸 性孔隙水内，二者均不稳定，将转变为高岭石；若在碱性孔隙水内， 二者在重结晶作用下使晶粒增大。
三、粘土矿物的脱水作用
粘土矿物是含水层状硅酸盐矿物，在粘土矿物内有三种状态的 水：即吸附于颗粒表面的吸附水、存在于粘土矿物晶体层间的层间 水以及以OH-形式存在于晶体结构内部的化合水（结构水）。随着 沉积物埋藏深度的增加，在上伏地层的压力下，粘土矿物所含水和 孔隙水要大量排出，排出吸附水对晶体结构无影响，但排出层间水 和化合水会使晶体结构发生变化。
④泥岩与页岩
常见有：Ⅰ、钙质、铁质、硅质泥岩与页岩 Ⅱ、碳质页岩与黑色页岩—前者为碳质引 起，后者含有机质与FeS。 Ⅲ、油页岩—干酪根超过10%的页岩
斑脱岩薄片
高岭土
黏土
泥岩
黑色泥岩
硅质泥岩
炭质页岩 铁质页岩
第六节 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、 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 作用和变化。 一、压实作用
3、八面体：是由一个Al3+（或Mg2+）与六个氧（或OH-）紧密堆积所 构成的八面体。
4、八面体层：是上述八面体分别与相邻的八面体在二维空间内连 接，无限延展而构成的层。
在自然界中，四面体层不能独立存在构成矿物，而八面体层可以独 立构成矿物。
5、结构层
是由四面体层与八面体层按不同的规律连结起来，所构成的晶体结 构单元层。由一个四面体片与一个八面体片所组成的单位结构层称 为1︰1结构层或双层型结构；如果由两个四面体片中间夹一个八面 体片称为2︰1结构层或三层型结构。
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。
第二节 泥质岩的主要物理特性及其在工业上的用途
第三节 泥质岩的物质成分
泥质岩的物质成分比较复杂，主要是粘土矿物，其次是陆源碎 屑矿物和自生的非粘土矿物。
一、粘土矿物
泥质岩中分布最广的是伊利石，其次为蒙脱石、绿泥石、高岭 石和各种混层粘土矿物。
粘土矿物是一种含水的硅酸盐或铝硅酸盐矿物。
（一）粘土矿物的晶体结构
二、粘土矿物的变化
粘土矿物是一个多敏感性的矿物，它 随着埋藏深度的加大、压力的加大、地温 的增高和物理化学环境（Ph、离子浓度） 的变化，使粘土矿物的层间水、结构水以 及层间阳离子移出，都会使粘土矿物晶体 结构与成分产生变化，即粘土矿物的转化， 而这种变化往往是有一定规律，反映着成 岩强度的变化。例如韦弗测定了美国各个 地质时代泥岩中粘土矿物的分布，发现地 质时代愈老，伊利石和绿泥石的含量增加， 而高岭石和蒙脱石则相应地减少，这反映 了泥质沉积物中粘土矿物在埋藏成岩作用 中的主要变化趋势。
粘土矿物的脱水作用与石油的运移关系十分密切。
第七节 泥质岩的研究方法
1、薄片鉴定 2、粒度分析 3、差热分析 4、加热脱水失重分析 5、电子显微镜法 6、X射线衍射分析 7、其它方法（化学分析、有机质分析）
思考题：
一、名词：泥岩、页岩、页理 二、泥岩的成岩后生变化 三、泥岩的研究方法
（二）主要粘土矿物特征
泥质岩的主要矿物为粘土矿物
常见粘土矿物—蒙脱石、伊利石、绿泥石和高岭石。
高岭石
高岭石薄片(蠕虫状)
510-600度有一个显著 的吸热谷，950-1000度 有一个显著的放热峰， 到1200-1300度还有一 个微弱的放热峰
400-525度
蒙脱石
绒状、细鳞片状
90-250、550-750、800-900度三个吸热谷， 900-1000度有一个不太明显的放热峰
第四节 泥质岩的结构、构造
肉眼鉴定和描述的重要依据 一、泥质岩的结构
二、泥质岩的构造
2、泥质岩的结构
①据粘土与碎屑相对含量： Ⅰ、泥状结构 Ⅱ、含粉砂泥状结构 粉砂=5-25% Ⅲ、粉砂泥状结构 粉砂=25-50% Ⅳ、含砂泥状结构 砂=5-25% Ⅴ、砂泥状结构 砂=25-50%
②、据粘土矿物的结晶程度： Ⅰ、非晶质结构 Ⅱ、隐晶质结构 Ⅲ、显晶质结构—鳞片、粒状、纤维状 Ⅳ、粗晶结构—蠕虫高岭石
关于砂岩实习课和 实习报告的评述
石英+燧石+石英岩+硅质岩岩屑
95 长石石英砂岩
75
岩屑石英砂岩
Q+F+R＝100％； F+R＝100％ （或F／R）
Q＞95％为石英砂岩 Q＜95％，＞75％ F＞R为长石石英砂岩 F＜R为岩屑石英砂岩
Q＜75％ F／R＞3为长石砂岩 F／R＞1，＜3为岩屑长石砂岩 F／R＜1，＞1／3为长石岩屑砂岩 F／R＜1／3为岩屑砂岩