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1、第八章 粘土岩,第一节 概述 第二节 粘土岩的物质成分 第三节 粘土岩的结构、构造和颜色 第四节 粘土岩的分类及主要类型 第五节 粘土沉积物的沉积后变化,第一节 概 述,粘土岩是指以粘土矿物为主（含量大于50）的沉积岩。疏松或末固结者称为粘土。 粘土岩的粒度组分大都很细小，这主要是因粘土矿物的粒度细小所致。粘土矿物的粒径一般都在0.005mm或0.0039mm以下，甚至在0.00lmm以下。因此，就粒度组分而论，小子0.005mm或小于0.0039mm的组分含量大于50的岩石，称为粘土岩。 粘土岩这一术语的涵义和使用，在国际沉积学界仍未有统一的认识。英美学者大都把粒级范围小于1/256mm、含
2、量大于2/3的岩石称为粘土岩，把粒级范围为1/61/256mm、含量大于2/3的岩石称为粉砂岩，两者之间的过渡类型称为泥岩，把所有这些岩石总称为泥状岩或泥质岩。前苏联的一些学者则把泥质颗粒（小于0.01mm）含量达50的岩石称为粘土质岩，其中大于0.001mm的颗粒不少于25。,构成粘土岩主要组分的粘土矿物大多数来自母岩风化的产物，并以悬浮方式搬运至汇水盆地，以机械方式沉积而成。由汇水盆地中SiO2和Al2O3胶体的凝聚作用形成的自生粘土矿物，以及由火山碎屑物质蚀变形成的粘土矿物，在粘土岩中所占比例较少。因此，就形成机理而言，粘土岩类应归属陆源碎屑沉积岩。 粘土岩是沉积岩中分布最广的一类，约占
3、沉积岩总量的60。粘土岩不仅是重要的生油岩，同时还是良好的盖层，甚至还可作为油气的储集层。因此，粘土岩研究不仅对沉积岩成因、沉积环境分析起重要作用，而且还具有重要石油地质意义。粘土岩常具有一些独特的物理性质（如非渗透性、吸附性、吸水膨胀性、可塑性、耐火性、烧结性、粘结性、干缩性等），有些黑色页岩和碳质页岩还含有一些稀土元素，这就使粘土岩具有更广泛的工业使用价值。,第二节 粘土岩的物质成分,粘土岩的矿物成分以粘土矿物为主，次为陆源碎屑物质、化学沉淀的非粘土矿物及有机质。其化学成分以SiO2、Al2O3和H2O为主，次为Fe，Mg，Ca，Na，K的氧化物及一些微量元素。 一、粘土矿物 二、非粘土矿
4、物 三、有机质,一、粘土矿物,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。后者又分为层状和链层状两种结构类型。最常见者为层状结构的粘土矿物。 层状结构的粘土矿物由两种基本结构层组成： 一种为硅氧四面体层； 另一种为铝氧八面体层或镁氧八面体层。 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以下三种类型。,1. 1：1型 1：1型由一层四面体层和一层八面体层叠置并连接在一起而构成。四面体层中不出现Si4与Al3的交代，八面体层中 Al3 未被 Mg2 、F
5、e3交代，结构式为A12Si2O5（OH）4，在高岭石族矿物中常见，故称为高岭石型，属双层型结构单元层。 2 . 2：1型 2：1型属三层型结构单元层，即由两层四面体层夹一层八面体层构成，常见于蒙脱石和水云母族矿物，称为蒙脱石型。 3. 2：1：1型 由2：1型结构单元层再叠置和连接一个似水镁石八面体层而构成。所叠置的八面体层可视为2：1型结构单元的层间物，故也可归为2：1型或三层型，常见于绿泥石族矿物。,在层状结构的粘土矿物中，一种是由同一类型的粘土矿物结构单元层重复叠置而成，称为简单层状结构粘土矿物，如高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等。另一种则是由两种或两种以上不同类型的粘土矿物结构单元层
6、叠置而成，称为混层粘土矿物。其中又分为有序（规则）混层和无序（不规则）混层两类。前者是由不同结构单元层粘土矿物沿 C 轴方向规则交替、周期性重复而成；后者是由两种或两种以上粘土矿物结构单元层沿 C 轴随机叠置而成。 链层状结构的粘土矿物和层状结构的粘土矿物不同，它是由硅氧四面体沿一个方向连接成辉石型的SiO32链组成，为含水的铝镁硅酸盐，比层状结构粘土矿物少见，如海泡石、坡缕石等。 除层状和链层状粘土矿物外，还有非晶质和半晶质粘土矿物，如水铝英石、伊毛缟石（imogolite）等，它们在粘土岩中较少分布。,综上所述，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（
7、表81）。,二、非粘土矿物,粘土岩中，非粘土矿物包括陆源碎屑矿物和化学沉淀的自生矿物。陆源碎屑矿物中有石英、长石、云母、各种副矿物。其中最主要的还是石英，呈单晶出现，圆度差，边缘较模糊，多分布于不纯的粘土岩中。 粘土岩中化学沉淀的自生矿物主要有铁、锰、铝的氧化物和氢氧化物（如赤铁矿、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）。它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。,三、有机质,粘土岩中常含有数量不等的有机质，而有机质的丰度以岩石
8、中剩余有机碳含量、氨基酸总量以及氨基酸总量与剩余有机碳含量的比值作为衡量标准。剩余有机碳含量、氨基酸总量高，氨基酸总量与剩余有机碳含量比值低，则有机质丰度高，此类粘土岩即为良好的生油岩。这类粘土岩常呈深灰、灰黑、黑色，多形成于安静低能还原环境，如澙湖、海湾、深水盆地。这种环境对硫化铁的生成也是有利的，因此硫化铁矿物（如黄铁矿）常与富含有机质的暗色粘土岩共生。,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，这主要取决于它的矿物成分、混入物、
9、吸附的阳离子类型及含量。如高岭石粘土岩富含Al2O3，水云母粘土岩富含K2O，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SiO2含量高。 粘土矿物常具有吸附各种离子的特性，常吸附的阴离子有PO43-，SO42-，Cl-，NO3-，阳离子有Ca2+，Mg2+，Na+，K+，H+及Cu2+，Pb2+，Zn2+，B3+，Au+，Ag+，Hg2+，As3+，Tn4+，U4+等。它们是使粘土岩化学成分多变的原因之一。 粘土岩的化学成分与沉积环境有一定关系。有人认为，淡水粘土中高岭石含量较高，故MgO，K2O含量低于海相或澙湖相粘土；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。对这
10、些观点至今仍在讨论和探索中。,第三节 粘土岩的结构、构造和颜色,一、粘土岩的结构 二、粘土岩的构造 三、粘土岩的颜色,一、粘土岩的结构,1按颗粒的相对含量划分 2按粘土矿物的结晶程度及晶体形态划分 3鲕粒及豆粒结构 4内碎屑结构 5残余结构,1按颗粒的相对含量划分 根据粘土矿物颗粒及粉砂、砂等碎屑物质的相对含量，可划分出如表82所示的结构类型。,粘土结构又称为泥质结构，几乎全由粘土质点组成，砂或粉砂级碎屑小于10，以手触摸有滑腻感，用小刀切刮时，切面光滑，常呈现鱼鳞状或贝壳状断口。 含粉砂粘土结构和粉砂粘土结构也可分别称为含粉砂泥质结构和粉砂泥质结构。这两种结构的岩石用手触摸具有粗糙感，刀切面
11、不平整，断口粗糙。 含砂粘土结构及砂质粘土结构也可分别称为含砂泥质结构和砂质泥质结构。这两种结构的岩石用手触摸具有明显的颗粒感觉，肉眼可见砂粒，断口呈参差状。,2按粘土矿物的结晶程度及晶体形态划分 1）非晶质结构：很少见，仅见于水铝英石质的粘土岩中。 2）隐晶质结构：最为常见，在偏光显微镜下难以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、针状、束状、球粒状等各种结构。 3）显晶质结构：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20mm、直径达23mm的蠕虫状，
12、称为蠕虫状结构。,3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2mm者称为鲕粒，大于2mm者称为豆粒。这两种结构多见于胶体成因的铝土质和水铝石质粘土岩中。 4内碎屑结构 同生成因的粘土质碎屑经再沉积并被粘土物质胶结而成。 5残余结构 按原岩结构不同，可分为残余火山碎屑结构、残余斑状结构等。它们多为粘土岩经热液蚀变而成。,二、粘土岩的构造,粘土岩的构造分为宏观和微观两种类型： 1宏观构造 2显微构造,1宏观构造 粘土岩的大型宏观沉积构造包括各种层理（如水平层理、块状层理）、各种层面特征（如干裂、雨痕、虫迹、结核、晶体印痕）、水底滑动构造、搅混构造等。 具有水平层理构
13、造的粘土岩，其水平细层的厚度小于1cm者称为页状层理或页理，它具有粘土岩沿层理方向易剥裂成页片的性质，是由于层状粘土矿物水平定向排列而具有易剥裂性的结果；水平细层的厚度小于1mm者称为纹理，在粘土岩中也较常见。,2显微构造 显微构造是在显微镜下才能见到的微观构造。粘土岩常见的显微构造有以下几种： l）显微鳞片构造：由极细小的、排列方向不规则的粘土矿物组成，常见于泥岩中。 2）显微毡状构造：由极细小的鳞片状、纤维状粘土矿物错综交织杂乱排列而成，在正交光下，纤体交错消光。 3）显微定向构造：由极细小的鳞片状或纤维状粘土矿物沿层面定向排列而成，正交光下同时消光，常形成于无粗粒物质的缓慢沉积的较安静环
14、境中。,三、粘土岩的颜色,粘土岩常见的颜色有红、紫、褐黄、灰绿、灰黑、黑色等，颜色的差异与粘土岩所含的有机碳、铁离子的氧化状态等因素有关。 粘土岩的红色、紫红色是因粘土颗粒间或颗粒表面存在有分散状的高价氧化铁（赤铁矿、褐铁矿）薄膜，是强氧化条件下形成的。颜色的不同与含铁总量无关，而与Fe3+与Fe2+的比值有关。 绿或灰绿色是因粘土岩中的绿泥石存在或因伊利石晶格中含有Fe2+所致，或因含海绿石所引起，是弱氧化弱还原环境下形成的。 粘土岩的灰色、灰黑色、黑色大多是岩石中富含有机质和分散状低价铁的硫化物（如黄铁矿）所致，为还原或强还原环境中形成的。因为这种环境有机质不易被氧化而得以保存，高价铁也易
15、被还原而形成硫化铁。这种环境常出现于海湾、澙湖、滨外陆棚以及内陆湖泊的深湖、半深湖区。在这种环境中形成的富有机质的暗色粘土岩是良好的生油母岩。因此，灰、灰黑、黑色常是生油粘土岩的标志之一。,第四节 粘土岩的分类及主要类型,目前粘土岩的分类尚无一个完善而又统一的方案，原因是粘土岩的成分和成因较复杂，组成粘土岩的颗粒又极细小，精确鉴定和含量统计都很困难，成岩作用中又极易变化。现有的分类，一般先按粘土岩在成岩作用中的变化，如按固结程度及沉积构造划分大类，再进一步按粘土岩的结构、矿物成分及混入成分细分。其综合分类见表83。,在粘土岩矿物成分分类中，按粘土矿物的类型和含量亦可分为单矿物粘土岩和复矿物粘土
16、岩。前者以一种粘土矿物为主，其含量大于50，如高岭石粘土岩、蒙脱石粘土岩等。后者由两种或两种以上粘土矿物组成，可采用复合命名，如高岭石蒙脱石粘土岩等。每类粘土岩又可按其固结程度分为粘土、页岩和泥岩，如高岭石粘土、高岭石泥岩、高岭石页岩等。 泥板岩类因固结和重结作用较强，已是向变质岩过渡的类型，一般不再细分。,第五节 粘土沉积物的沉积后变化,粘土沉积物的沉积后变化主要表现为压实作用、粘土矿物的转化和脱水作用。 一、压实作用 二、粘土矿物的转化作用 三、粘土矿物的脱水作用,一、压实作用,粘土物质沉积后，处于软泥状态，其原始孔隙度高达7090，孔隙中饱含着自由水。随埋藏深度的增加，在上覆水体和沉积物负荷的重压下，粘土质点将重新排列、变形或破裂，孔隙水不断排出，原始粘土沉积物孔隙度大
