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1、1,第三节 粘土岩类,一、概述 二、化学成分和矿物成分 三、结构和构造 四、粘土岩的颜色 五、 主要岩石类型,2,一、概述,粘土岩类又叫泥质岩或泥状岩，是主要由粘土矿物及粒径小于0.0039mm的细碎屑（含量50）组成的沉积岩。(p190,.01mm) 粘土岩是分布最广的沉积岩，它约占沉积岩总量的60。是重要的生油岩石，也是重要的盖油层岩石。因此，研究粘土岩还有很大的实际意义。,(反射界面,塔里木某层：泥岩37004700m/s；砂岩39605000m/s;碳酸盐岩61006900m/s。测井高伽马、低电阻率),3,1.可塑性：粘土质岩粉碎后加适当的水份，受压后可塑制成一定的形体，在压力取消后
2、，形态不变。 2. 耐火性：是指在高温下不熔融的性能。 3.烧结性：指粘土矿物在低于耐火度的低温下局部熔化，因而质点相互粘结成坚硬的陶质石块。 4.结合性：粘土与砂质粘合，塑造出良好的泥坯，干燥后形成坚硬生坯的性能。,粘土岩的 主要物性,4,5.干缩性：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，而产生体积收缩的现象。 6.吸水性：有些粘土具有极强的吸水能力，同时产生体积膨胀。以蒙脱石吸水性最强，吸水后体积膨胀几倍到十几倍。 7.吸附性：粘土质点能从周围介质中吸附各种气体、液态及有机质色素的能力。也吸附放射性物质()。,粘土岩的 主要物性,5,二、粘土岩的物质成分,1. 化学成分
3、粘土岩的主要化学成分主要为SiO2、Al2O3及H2O，但变化较大。如Al2O3 在高岭石粘土岩中较高，MgO在海泡石粘土中最富集。K2O在以水云母粘土岩中最多， SiO2在粉砂质粘土岩中较高。 粘土岩的化学成分与沉积环境也有一定的联系。,6,粘土岩主要由粘土矿物组成，另外常含有一些陆源碎屑(石英、长石及少量重矿物),另有含量不到%的自生矿物(环境)，后者是铁、锰、铝的氧化物和氢氧化物(赤铁矿、褐铁矿、水针铁矿、水铝石)、碳酸盐(方解石、白云石、菱铁矿)、氧化硅(蛋白石、自生石英)、硫化物(黄铁矿、白铁矿)、硫酸盐(石膏、硬石膏)、磷酸盐、硅酸盐及盐类矿物。 粘土矿物是细分散的含水层状硅酸盐和
4、含水非晶质硅酸盐矿物的总称。 泥质岩中常有含量不一的有机质，如煤、腐殖质、沥青质及生物遗体等。,2.矿物成分,7,表 粘土矿物的分类,8,3、主要粘土矿物的特征,粘土矿物是一种含水的硅酸盐或铝硅酸盐，多数是具有层状结构的结晶质矿物。 基本结构层为：硅氧四面体层和铝氧八面体层,硅氧四面体由一个硅与四个氧组成，硅氧四面体层由SiO4彼此连接形成Si4O10的无限重复的六方网格。 铝氧八面体主要是铝与氧、氢氧离子的八面体配位构成的，八面体中，Mg2+、Fe3+或其它阳离子可以置换Al3+。,硅氧四面体,铝氧八面体,9,是典型的11（T0）型粘土矿物，是由“硅-氧四面体片”和“铝-氢氧八面体片”两种“
5、基本结构层” 按11的比例结合组成“结构单元层”,图3-27 高岭石的晶体结构,（1）高岭石,10,叶片状的结晶不太好的高岭石粘土矿物,11,单偏光显微镜 观察的高岭石,SEM观察的高岭石,12,（2）蒙脱石,体是典型的21(TOT)型粘土矿物。其结构单元层由2层四面体片(T)夹1 层八面体片(O)构成，结构单元层(晶层)间以四面体(T)的氧原子面相邻接，层间几乎全凭范德华力联结而无氢健力，联结力弱，允许大量阳离子、极性水分子和其它极性分子进入层间 。,13,蒙脱石，常呈微细褶皱状晶体,伊/蒙混层,14,（3）伊利石和绿泥石,伊利石属于典型的21（TOT）型层状铝硅酸盐矿物，结构单元层由两个硅
6、-氧四面体片夹一层铝-氢氧八面体片构成。 绿泥石属于211型（TOT0型）层状铝硅酸盐矿物，其结构与21型的蒙脱石结构基本相似，不同点是在绿泥石结构单元层中多了一层氢氧镁石（水镁石）八面体片。,15,伊利石（a、b）和绿泥石（c、d）晶体结构,16,伊利石晶体呈不规律鳞片状。,17,18,（4）混层粘土矿物,由两种以上的粘土矿物的结构单位层在C轴方向上交互迭置构成的。 如：伊-蒙混层、绿-蒙混层、伊-绿混层,19,三、粘土岩的结构,根据粘土矿物、粉砂和砂的相对含量，可以划分出粘土结构，含粉砂粘土结构，含砂粘土结构和砂质粘土结构。 按粘土矿物的结晶程度及晶体形态的划分： 非晶质结构 隐晶质结构(
7、超微片状、管状、纤维状、针状、束状） 显晶质结构(显微鳞片、粒状、纤维状)，蠕虫状高岭石。 其它结构：含鲕粒粘土结构，斑状粘土结构，含生物粘土结构，含砾屑（或砂屑）粘土结构。,20,一些粘土矿物特征,21,粘土岩常见水平层理，还有其它干裂、雨痕、虫迹等层面构造。 页理泥质岩沿层理方向易剥裂成页片的性质，是由粘土矿物的定向排列性质造成的。页理发育的粘土岩称页岩，页理不发育的粘土岩泥岩。 其它构造还有水底滑动构造和搅混构造等。 另一方面是显微构造（了解即可）。 显微鳞片构造，显微杂乱构造，显微定向构造。,四、粘土岩的构造,22,五、粘土岩的主要岩石类型,23,（一）伊利石粘土岩 其又称为水云母粘土
8、岩为主,常含一些其它粘土矿物、石英、长石及重矿物等。化学成分特点是含K2O含量相对较高。常含有机质物质。美国伊利诺斯州。 较纯的伊利石粘土岩极少见,多呈粉砂质粘土结构。 伊利石粘土岩分布极为广泛，各种大陆及海洋环境均可形成。随着地质时代的变老，伊利石粘土岩的相对含量增加，在较老的地层中，几乎全为伊利石粘土岩，这与成岩过程中粘土矿物的转变有关。 伊利石粘土岩是良好的生油岩及盖层，一般工业上用途不大，只作为粗陶瓷的原料。,24,（二）高岭石粘土岩 该粘土岩以高岭石为主，常含埃洛石、伊利石等粘土矿物、还有非粘土矿物和重矿物等。化学成分特占是Al2O3含量相对较高。江西景德镇高岭山。 根据成因可分为风
9、化残积型及沉积型两种类型。风化残积型高岭石粘土多位于富含钾长石的母岩的风化带中，在热湿气候条件下易于形成，我国制陶瓷技术历史悠久。沉积型高岭石粘土岩形成于各种大陆环境及近岸海洋环境。 高岭石粘土岩的是陶瓷、耐火材料的重要原料，工业用途广。,25,（三）蒙脱石粘土岩 蒙脱石粘土岩又称斑脱岩和膨润土，主要由蒙脱石组成，此外还常有绿脱石、蛋白石、方解石、石膏等，有时含一些有机物质。吸水性强，吸附性强。法国蒙特摩利龙产地得名。 蒙脱石粘土岩的成因多与火山岩和火山碎屑岩有密切关系。 由于蒙脱石的吸附性很强，所以蒙脱石粘土岩可作为石油化工产品以及其它工业产品的净化剂。由于蒙脱石的吸水膨胀性强，可以用于石油
10、钻井的泥浆原料。,26,钙质泥岩和页岩泥页岩中含碳酸钙（50%），滴稀盐酸起泡沫。 铁质泥岩和页岩含三价铁的时泥岩呈红色、褐红色。含二价铁的硅酸盐或硫酸盐矿物时呈灰绿色。红色泥页岩一般生成于陆相干旱和半干旱气候的河湖相中。 硅质泥岩和页岩普通页岩的Si2O平均含量60%，而硅质泥页岩Si2O平均含量可达85%以上。一般认为硅质泥页岩与生物有关，与海底热水作用有关。 炭质页岩含大量炭化有机质，能染手，常含大量植物化石，常与煤系地层共生。 黑色页岩因富含有机质或细分散状硫铁矿而呈黑色，有机碳含量高，是良好的生油岩。不染手。,27,六、泥质岩的成岩后生变化,压实作用泥质沉积物在压实作用下，通过质点的
11、重新排列和形变或破裂，孔隙水的排出，结果使孔隙度连续减少。并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。,泥质岩的成岩作用主要是压实作用及成岩过程中粘土矿物转变。,28,泥质岩中粘土矿物排列较紧密,29,泥质岩中压实作用强烈，粘土矿物的组构定向性很强，岩性较致密，孔隙度很低。,30,粘土矿物的脱水作用（以蒙脱石为例） 第一阶段 埋藏深度10001500m时，脱去孔隙水和过量层间水，含水量减至30%。脱水作用主要是由压实作用引起的。 第二阶段 埋藏深度1500m，地温60100 ，主要是热力作用脱去残留层间水，转化为混层，这一阶段可失去的水量为被压实体积的1015%。 第三阶段 埋藏继续加深，地温继续升高，脱去最后一层残余层间水，而转变为非混层伊利石。,31,粘土矿物的转化,随着埋藏深度的加大，压力和地温增高，层间水的释放及层间阳离子的移出，会引起粘土矿物的重结晶及粘土矿物的转变。,32,大自然杰作,33,真正的蘑菇云,又一颗原子弹爆炸？,
