粘土矿物的晶体构造

3粘土矿物的结晶结构及基本特征3.1粘土矿物概念、类型及其结构化学特征粘土的本质是粘土矿物。

粘土矿物是细分散的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。

晶质含水层状硅酸盐矿物有高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等: 含水非晶质硅酸盐矿物有水铝英石、胶硅铁石等。

粘土矿物决定了整个粘土类或岩石的性质，它是最活泼的组分。

粘土矿物的晶体结构主要是由两个最基本结构单元组成，即硅氧四面体和铝氧八面体，并沿X轴方向发展。

四面体的中心是四价的硅Si4+，而四个二价的氧O2－分布于四面体的四个顶角，四面体的四个面均为等边三角形(如图3.1- (a))，有时四面体中的氧原子为氢氧原子所代替，四面体的底面落在同一平面上，以三个尖顶彼此连结，第四个尖顶均指向同一个方向，在平面上组成六角形网格状结构或链状结构(如图3.1- (b))，成为四面体层(片)。

八面体由六个氧或氢氧原子以等距排列而成，A13+(或Mg2＋)居于中心(如图3.2- ( a ))，八面体亦排列成层状态结构，成为八面体层(片)(如图3.2- (b))。

由于单位晶格的大小相近似，四面体层与八面体层很容易沿C轴叠合而成为统一的结构层，此结构层称为结构单位层，简称晶层，几个结构层组成晶胞。

四面体层与八面体层的不同组合堆叠重复，便构成了各种粘土矿物的不同层状结构。

由一个四面体层与一个八面体层重复堆叠的称为1:1型结构单位层(如高岭石等)，也称为二层型; 由两个四面体层间夹一个八面体层重复堆叠的称为2:1型结构单位层(如蒙脱石、伊利石等)，也称为三层型;在层状结构中，四面体层与八面体层间共用一个氧原子层，故四面体层与八面体层间的键力大，联结较强，但在1:1型或2:1型结构单位层间并不共用氧原子层，层间的联结较弱。

在高岭石类粘土矿物中，结构单位层间为O与HO(或OH与OH)相邻(如图3.3 )，堆叠时，在相邻两晶层之间，除了范德华(Van der waals)力增扩的静电能外，主要为表层(羟)基及氧原子之间的氢键力，将相邻两晶层紧密地结合起来，使水不易进入晶层之间。

中国石油大学（北京）远程教育学院《油田化学》复习题一、名词解释。

1、晶格取代：晶格中发生离子取代而晶体结构不变称为晶格取代。

2、稠化时间：水与水泥混合后稠度达到100Bc所需的时间。

3、体积波及系数：驱油剂波及到的油层体积与整个油层体积之比。

4、注水调剖：为了发挥中、低渗透层的作用，提高注入水的波及系数，调整注水油层的吸水剖面。

5、人工井壁：对于已出砂地层，在砂层的亏空处，做一个由固结的颗粒物质所组成的有足够渗透率的防砂屏障。

6、双液法：就是向油层注入由隔离液隔开两种可相互发生反应液体，分别作第一、第二反应液。

当将这两种液体向油层内部推至一定距离，隔离液将变薄不起作用两种液体就可发生反应，产生堵塞主要发生在高渗透层。

7、聚合物：由一种或几种低分子化合物聚合而成的产物。

8、表面活性剂HLB值：表面活性剂的亲水能力与亲油能力的平衡关系。

9、渗透水化：粘土层间阳离子浓度大于溶液中阳离子浓度，水向粘土晶层间渗透引起层间距增大。

或者电解质浓度差引起的水化。

10、临界胶束浓度：表面活性剂形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。

11、单体：合成高分子的原料称单体。

12、乳状液：一种液体以细小液滴分散在另外一种互不相溶的液体中所形成的分散体系，称为乳状液。

13、缩聚反应：有许多相同或不同的低分子化合为高分子但同时有新的低分子析出的过程。

14、水泥浆减阻剂：减阻剂又称分散剂，紊流引观粘度，有利于水泥在低压低速进入紊流状态，提高注水泥质量和驱替效率。

15、铝氧八面体：是由一个铝与六个氧（或羟基）配位而成。

16、晶层：由于单元晶格的大小相近似，四面体片和八面体片很容易沿C轴迭合而成为同一的结构层，这样的结构层称为单元结构层，简称晶层。

17、聚合度：生成聚合物的单体单元数。

18、表面活性剂：少量存在就能降低水的表面张力的物质。

19、单液法：指向油层注入一种液体，这种液体所带的物质或随后变成的物质可封堵高渗透层或大孔道称为单液法。

一、扫描电镜照片，粘土矿物的镜下特征及描述1、高岭石高岭石硅铝酸盐矿物，是长石的蚀变产物，呈书页状、蠕虫状、手风琴状，多以孔隙充填的形式存在于粒间孔隙。

其晶间结构比较松，在流体的冲刷下容易随流体移动，堵塞、分割孔隙和吼道，尤其在细小吼道中，影响很大，是重要的速敏矿物。

2、伊蒙混层伊蒙混层蒙脱石向伊利石过渡的矿物，呈蜂窝状、半蜂窝状、棉絮状等，随埋深加大和温压的升高而含量增多，有较强的水敏性。

3、绿泥石绿泥石铝硅酸盐矿物，常与自生石英共生。

在电镜扫描下，其单晶形态呈薄六角板状或叶片状，常见粒径为 2μ～ 3μ;聚集形态常常为 :由叶片组成的蜂窝状、玫瑰花朵状、绒球状、针叶状和叠片状，在孔隙中的产状有孔隙衬垫及孔隙充填，有时也可见其杂乱堆积状态。

一般针叶状绿泥石多为孔隙衬垫包于颗粒表面，绒球状和玫瑰花状的则充填在孔隙中。

绿泥石可由黑云母、角闪石、蒙脱石等矿物转化而来，自生绿泥石一般富含高价铁离子，与钻井液中的HCL等酸液作用容易产生沉淀，而造成储层伤害，是酸敏性矿物。

4、伊利石伊利石形态：鳞片状、羽毛状、丝缕状。

分布：多分布于颗粒表面，或以粘土桥形式分布于颗粒间伊利石铝硅酸盐矿物，伊利石晶体呈不规则的鳞片状，个别呈六边形，鳞片大小不等，一般在 0.15μ～ 0.5μ间。

在电镜扫描下常见的单体形态呈丝带状、条片状和羽毛状等贴附于颗粒表面或充填于粒间孔隙内，集合体形态呈蜂窝状、丝缕状和丝带状。

伊利石往往在孔隙中形成搭桥式生长或构成丝缕状、发丝状网络 (图 1，图 2)。

片状等微晶把孔隙分割成许多小孔隙，增加了迂回度；丝发状的容易被水冲移，堵塞孔隙和吼道，降低孔隙度和渗透率。

5、蒙脱石蒙脱石形态：鳞片状、蜂巢状、棉絮状。

分布：多分布于颗粒表面。

分子式：(AlMg)2[Si4O10](OH)24H2O分布于埋藏较浅、成岩作用较弱的地层中，随加埋藏深、成岩作用加强趋于消失，并伴随混层矿物的出现图1 片状、丝缕状伊利石分布于粒间孔中图2 丝缕状伊利石在孔隙内形成的网络状分布6、绿帘石绿帘石呈集合体或粒状产出，榍石呈集合体产出，部分与绿帘石伴生。

粘土主要矿物的结构与性质摘要主要论述了粘土中主要矿物的结构特点，并对各种矿物的主要性能(如可塑性、干燥收缩和膨润性等)进行了综述。

关键词：粘土,高岭石,蒙脱石,伊利石,晶体结构，可塑性，膨润性ABSTRACTMainly discusses the main structure characteristics of clay minerals, and a variety of mineral properties ( such as plasticity, drying shrinkage and swelling etc.) are reviewed.KEY WORDS: Clay, kaolinite, montmorillonite, illite, crystal structure, plasticity, swelling粘土类原料是日用陶瓷、耐火材料等的主要原料之一，它主要是由粘土矿物和其它矿物组成的并具有一定特性的（其中主要是具有可塑性）土状岩石。

粘土矿物主要是一些含水铝硅酸盐矿物，其晶体结构是由[SiO4]四面体组成的（Si2O5）n层和一层由铝氧八面体组成的AlO（OH）2层相互以顶角联接起来的层状结构，这种结构在很大程度上决定了粘土矿物的各种性能。

粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体，其主要矿物是被统称为“粘土矿物”的一些含水铝硅酸盐矿物。

根据矿物的结构和组成的不同，可把粘土中的主要矿物分为高岭石类、蒙脱石类和伊利石类等三种。

在粘土的使用过程中，由于对各种主要矿物的结构认识不足，常常在生产中造成资源的浪费，并且产品达不到理想的性能。

材料的结构决定性能，只有掌握了矿物的的结构与性能的关系，才能对矿物进行合理、充分的利用。

为此，我主要分析一下三种主要粘土矿物的结构与性能。

1高岭石类高岭石是一般粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的较纯净的粘土称为高岭土。

高岭石首先在我国江西景德镇东部的高岭村山头发现，现在国际上都把这种有利于成瓷粘土称为高岭土，它的主要矿物成分是高岭石和多水高岭石。

粘土矿物分析Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT作为岩石组分的粘土矿物其含量、种类及其分布、产状等对地层伤害有着非常密切的关系。

由于粘土矿物颗粒细小（<0.01mm），比表面极大，并具有特殊的结构组成，因此它们对外来作业流体如注入水、压裂液、酸化液、压井液等的侵入极为敏感。

当与外来流体接触时，粘土矿物往往会发生膨胀、微粒运移、生成某种沉淀等从而堵塞储层油气流动的孔隙通道，造成储层渗流能力的下降，损害油气层。

因此了解粘土矿物的性质对油田开发十分重要。

通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜技术可以确定岩石中粘土矿物的含量、分布及产状等。

选取了西泉5井的部分岩石样品进行了上述测定，测定结果见表1。

表1 西泉5井区三叠系储层粘土矿物含量统计表根据X衍射和扫描电镜分析，韭菜园子组砂层以蒙皂石（包括蒙脱石和皂石两个亚族）为主，63％～98％，平均％；其次为伊/蒙混层（20％～99％，平均％），绿泥石（1％～55％，平均％），另有高岭石（1％～12％，平均％）和伊利石（2％～16％，平均％）（见表1）。

对韭菜园子组敏感性的简单分析：（供参考）韭菜园子组伊/蒙混层和绿/蒙混层含量较多，伊/蒙混层和绿/蒙混层是遇水易膨胀的矿物，易发生粘土膨胀和分散造成地层伤害。

韭菜园子组绿泥石含量相对较高（平均％），绿泥石是酸敏性矿物，酸化时易造成氢氧化铁胶体沉淀（酸敏）。

另外伊利石和高岭石是速敏性矿物，易造成颗粒运移堵塞地层。

粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用一、粘土矿物类型粘土矿物(clay minerals)是粘土和粘土岩中晶体一般小于2微米，主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。

有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。

粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物，此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石（凹凸棒石）和海泡石以及非晶质的水铝英石。

粘⼟矿物分析作为岩⽯组分的粘⼟矿物其含量、种类及其分布、产状等对地层伤害有着⾮常密切的关系。

由于粘⼟矿物颗粒细⼩（<0.01mm），⽐表⾯极⼤，并具有特殊的结构组成，因此它们对外来作业流体如注⼊⽔、压裂液、酸化液、压井液等的侵⼊极为敏感。

当与外来流体接触时，粘⼟矿物往往会发⽣膨胀、微粒运移、⽣成某种沉淀等从⽽堵塞储层油⽓流动的孔隙通道，造成储层渗流能⼒的下降，损害油⽓层。

因此了解粘⼟矿物的性质对油⽥开发⼗分重要。

通过X射线衍射分析和扫描电⼦显微镜技术可以确定岩⽯中粘⼟矿物的含量、分布及产状等。

选取了西泉5井的部分岩⽯样品进⾏了上述测定，测定结果见表1。

表1 西泉5井区三叠系储层粘⼟矿物含量统计表根据X衍射和扫描电镜分析，⾲菜园⼦组砂层以蒙皂⽯（包括蒙脱⽯和皂⽯两个亚族）为主，63％～98％，平均87.8％；其次为伊/蒙混层（20％～99％，平均72.76％），绿泥⽯（1％～55％，平均9.33％），另有⾼岭⽯（1％～12％，平均5.74％）和伊利⽯（2％～16％，平均6.24％）（见表1）。

对⾲菜园⼦组敏感性的简单分析：（供参考）⾲菜园⼦组伊/蒙混层和绿/蒙混层含量较多，伊/蒙混层和绿/蒙混层是遇⽔易膨胀的矿物，易发⽣粘⼟膨胀和分散造成地层伤害。

⾲菜园⼦组绿泥⽯含量相对较⾼（平均9.33％），绿泥⽯是酸敏性矿物，酸化时易造成氢氧化铁胶体沉淀（酸敏）。

另外伊利⽯和⾼岭⽯是速敏性矿物，易造成颗粒运移堵塞地层。

粘⼟矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应⽤⼀、粘⼟矿物类型粘⼟矿物(clay minerals)是粘⼟和粘⼟岩中晶体⼀般⼩于2微⽶，主要是含⽔的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。

有的在其成分中还有某些碱⾦属或碱⼟⾦属存在。

粘⼟矿物包括⾼岭⽯族矿物、蒙皂⽯、蛭⽯、粘⼟级云母、伊利⽯、海绿⽯、绿泥⽯和膨胀绿泥⽯以及有关的混层结构矿物，此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕⽯（凹凸棒⽯）和海泡⽯以及⾮晶质的⽔铝英⽯。