三种主要黏土矿物(高岭石、水云母、蒙脱石)的性质。

粘土矿物和粘土胶体化学基础第一节粘土矿物的晶体构造与性质粘土作为钻井液的重要组成成分，其晶体构造与性质对钻井液性能有十分重要的影响。

钻井过程中井眼的稳定性、油气层的保护均与地层中粘土矿物类型和特性密切相关。

粘土主要是由粘土矿物(含水的铝硅酸盐)组成的。

某些粘土除粘土矿物外，还含有不定量的非粘土矿物，如石英、长石等。

许多粘土还含有非晶质的胶体矿物，如蛋白石、氢氧化铁、氢氧化铝等。

有人把任何细粒的、天然的、土状的物料都叫做粘土，这种提法并不确切。

大多数粘土颗粒的粒径小于2μm，它们在水中有分散性、带电性，离子交换以及水化性，这些性能都是在处理与配制钻井液时需要考虑的因素。

一、粘土矿物的分类和化学组成1．粘土矿物的分类粘土矿物的分类方法很多，现根据其单元晶层构造的特征进行分类，见表2-1。

表2-1的资料说明，粘土矿物按两种晶片的配合比例可分为1：1型(一层硅氧四面体晶片与一层铝氧八面体晶片相结合构成单元晶层)、2：1型(两层硅氧四面体晶片中间夹一层铝氧八面体晶片构成单元晶层)、2：2型(硅氧四面体晶片与铝(镁)氧八面体晶片交替排列的四层晶片构成单元晶层)以及层链状结构(硅氧四面体组成的六角环依上下相反方向对列)等几类。

*以前称为蒙脱石族，1975年国际粘土研究会命名委员会决定采用蒙皂石族来代替蒙脱石族的称呼。

2．粘土矿物的化学组成粘土中常见的粘土矿物有三种：高岭石、蒙脱石(也叫微晶高岭石、胶岭石等)，伊利石(也称水云母)。

它们的化学组成见表2-2。

从表2-2可以看出，不同类型的粘土矿物其化学成分是不同的。

如高岭石，其氧化铝含量较高，氧化硅含量较低；而蒙脱石的氧化铝含量较低，氧化硅含量较高；伊利石的特点是含有较多的氧化钾。

上述各类粘土矿物化学成分的特点是用化学分析方法鉴别粘土矿物类型的依据。

二、几种主要粘土矿物的晶体构造 1．粘土矿物的两种基本构造单元 (1)硅氧四面体与硅氧四面体晶片硅氧四面体中有一个硅原子与四个氧原子，硅原子在四面体的中心，氧原子(或氢氧原子团)在四面体的顶点，硅原子与各氧原子之间的距离相等(见图2-1a)。

1、试比较三种主要黏土矿物（高岭石、水云母、蒙脱石）的性质。

(１) 高岭石（１：１型铝硅酸盐矿物）由一个硅氧片和一个水铝片，通过共用硅氧顶端的氧原子连接起来的片状晶格构造。

每个晶层的一面是OH离子组（水铝片上的），另一面是O离子（硅氧片上的），因而叠加时晶层间可形成氢键，使各晶层之间紧密相连从而形成大颗粒，晶粒多呈六角形片状。

其分子结构外形特征为ＯＨＯＨＯＨ .......ＯＨ顶层─────────────底层─────────────ＯＯＯ ........Ｏ许多晶片相互重叠形成高岭矿物特点：晶层与晶层间距离稳定，连接紧密，内部空隙小，电荷量少，单位个体小，分散度低。

多出现于酸性土壤。

如高岭石类。

高岭石的性质特点：晶格内的水铝片和硅氧片很少发生同晶替代，因此无永久性电荷。

但水铝片上的--ＯＨ在一定条件下解离出氢离子，使高岭石带负电。

晶片与晶片之间形成氢键而结合牢固，水分子及其他离子难以进入层间，并且形成较大的颗粒。

因此其吸湿性、粘结性和可塑性较弱，富含高岭石的土壤保肥性差。

（2）蒙脱石类（２：１型铝硅酸盐矿物）由两片硅氧片和一片水铝片结合成的一个晶片（层）单元，再相互叠加而成的。

每个晶层的两面均由O离子组（硅氧片上的），因而叠加时晶层间不能形成氢键，而是通过“氧桥”联结，这种联结力弱，晶层易碎裂，其晶粒比高岭石小。

特点：胀缩性大，吸湿性强，易在两边硅氧片中以Al3+代Si4+，有时可在硅铝片中，一般以Mg2+代Al3+→带负电→吸附负离子。

如蒙脱石，这类矿物多出现于北方土壤。

如东北、华北的栗钙土、黑钙土和褐土等。

（３）水云母类（２：１型粘土矿物）结构与蒙脱石相类似，只是同晶替代产生的负电荷主要被钾离子中和,而少量被钙镁离子中和.特点：a、永久性电荷数量少于蒙脱石。

b、层与层之间由钾离子中和，使得各层相互紧密结合。

形成的颗粒相对比蒙脱石粗而比高岭石细。

其粘结性、可塑、胀缩性居中。

c、钾离子被固定在硅氧片的六角形网孔中，当晶层破裂时，可将被固定的钾重新释放出来，供植物利用。

土壤学1-1土壤在农林牧、人类及生态系统中有何意义？(1)土壤是农业最基本的生产资料。

土壤是地球的皮肤，在植物生长中起到营养库的作用、养分转化和循环作用、雨水涵养作用、生物的支撑作用以及稳定和缓冲环境变化的作用；(2)土壤是陆地生态系统的重要组成部分。

保持生物活性，多样性和生产性；对水体和溶质流动起调节作用；对有机、无机污染物具有过滤、缓冲、降解和解毒作用；具有贮存并循环生物圈及地表养分和其它元素的功能。

(3)土壤是最珍贵的自然资源。

土壤资源具有再生性，质量具有可变性，资源数量具有有限性；(4)土壤资源是可持续农业的基础。

可持续发展的条件之一就是资源破坏的零或负增长。

1-2什么是土壤、土壤圈？土壤有什么功能？何谓土壤肥力？土壤是在地球表面生物、气候、母质、地形、时间等因素综合作用下所形成能够生长植物的、处于永恒变化中的疏松矿物质与有机质的混合物。

1-3土壤与地球各圈层之间有何关系？2-1 常见的成土母质有那些？什么叫残积母质、洪积母质、冲积母质、风积母质？(1)残积母质：岩石风化后,基本上未经动力搬运而残留原地的风化物；(2)洪积母质：山洪搬运的碎屑物质在山前平原的沉积物。

(3)冲击母质：风化的碎屑物质，经河流常年性流水的侵蚀、搬运、沉积在河流两岸的沉积物。

沉积物具有成层性。

(4)风积母质：风积母质是风力搬运的堆积物，也是风蚀作用的产物，没有风蚀作用也就没有风积作用。

2-2岩石风化作用分那几个阶段？各阶段有何特点？(1)碎屑阶段:1) 岩石风化的最初阶段，以机械破碎为主的物理风化占优势，只有最易淋失的Cl、S发生移动；2) 风化壳中主要是粗大碎屑，产生碎屑风化壳，释放易溶于水的简单盐类，粘土矿物以水化度低的水云母为主；3)土壤类型为石质幼年土。

(2)钙沉积或饱和硅铝阶段:1) Cl、S已流失，Ca、Mg、K、Na等仍大部分保留，部分Ca游离出来，以CaCO3的形式，淀积在岩石碎屑孔隙中；2)产生碳酸盐风化壳，粘土矿物以蒙脱石最多，还含有水云母、绿泥石等;3)土壤类型为各类型钙积土。

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。

黏土沉积岩的水理性质与力学性质的关系？
1.粘土沉积岩与黏土沉积岩的区别？
粘土岩是一种沉积岩，指有细粒物质组成并且含有大量粘土矿物的岩石，固结较好的称为泥岩、页岩，固结不好的称为粘土。

黏土岩也是一种沉积岩，但是主要由高岭石族、多水高岭石族、蒙脱石族、水云母族和绿泥石族矿物组成，而且形成较好时也可以形成页岩。

2.高岭石族的性质？
高岭石为或致密或疏松的块状，高岭石经风化或沉积等作用变成高岭土，高岭石属于粘土矿物。

多呈隐晶质、分散粉末状、疏松块状集合体。

摩氏硬度2-2.5，吸水性强，和水具有可塑性，干燥时具吸水性，湿态具可塑性，但加水不膨胀。

3.多水高岭石族的性质？
4.蒙脱石族的性质？
蒙脱石颗粒细小，通常都呈块状或土状集合体。

失水后的蒙脱石还可以重新吸收水分子或其他极性分子。

当它们吸收水分后还可以膨胀并超过原体积的几倍。

硬度2～2.5。

甚柔软。

有滑感。

加水膨胀，体积能增加几倍，并变成糊状物。

5.水云母族的性质？
水云母族（也称伊利石族）矿物的总称。

钾含量较云母低而水含量则较高，是云母族矿物向蒙脱石族矿物转变的过渡产生。

弹性较云母差，有滑腻感。

6.绿泥石族的性质？
是绿色玄武岩形成的卵石，它的硬度为2-2.5，薄片具挠性。

摩斯硬度2～3。

薄片可弯曲，但易折断，无弹性；
综合粘性沉积岩的各组分的性质，可以推断黏土沉积岩的水理性质，吸水性比较好，则其透水性好、抗冻性差、软化系数比较大，从而导致其强度较小，强度降低的也多。

而且弹性较差。

粘土矿物特征及其鉴定一、层状粘土矿物的分类、特征以及代表性矿物有哪些？（至少列举三种）层状硅酸盐粘土矿物的种类很多，根据其构造特点和性质，可以归纳为4个类组，主要有：高岭组，蒙蛭组，水化云母组和绿泥石组矿物。

1.高岭组又叫1：1型矿物，是硅酸盐粘土矿物中结构最简单的一类。

包括高岭石，珍珠陶土，迪恺石和埃洛石等。

高岭组的特点（1）1：1型的晶层结构晶层由一层硅片和一层铝片重叠而成，硅片和铝片的比例为1：1.（2）非膨胀性相邻的晶层的层面不同，分别是硅面和铝面两个层面之间产生了较强的连接力，晶层的距离不变，不易膨胀。

（3）电荷数量少晶层内部硅片和铝片中没有或极少同晶替代现象（4）胶体特性较弱颗粒总表面积相对较小。

可塑性、粘结性、黏着性和吸湿性都较弱。

2.蒙蛭组又叫2：1型膨胀性矿物，包括蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等。

蒙蛭组的特点（1）2：1型的晶层结构晶层由二层硅片夹一层铝片构成，硅片和铝片的比例为2：1，故又称2：1型膨胀性矿物。

（2）胀缩性大该组矿物晶层的顶层和底层两个基面都有Si－O面所构成，所以当两个晶层相互重叠时，晶层相互间只能形成很小的分子引力。

晶层间的结合力很弱，故晶层的间距因水分的进入而扩张，因失水而收缩，蒙脱石晶层间距变化在0.96～2.14nm之间，具有很大的膨胀性。

（3）电荷数量大同晶替代现象普遍，蒙脱石主要发生在铝片中，一般以Mg2＋代Al3＋，而蛭石的同晶替代主要发生在硅片中。

（4）胶体特性突出蒙脱石颗粒细微，颗粒的总表面积大。

其可塑性、粘结性、黏着性和吸湿性都特别显著蛭石的颗粒比蒙脱石大，其表面积比蒙脱石小。

3.水化云母组又叫2：1型非膨胀性矿物或伊利组矿物。

伊利石是其代表。

水化云母组的特点（1）2：1型晶层结构晶层结构与蒙脱石相似，同样是由两层硅片夹一层铝片组成，硅片和铝片的比例为2：1，故又称2：1型非膨胀性矿物。

（2）非膨胀性在伊利石晶层之间吸附有钾离子。

它受到相邻两晶层负电荷的吸附，因而对相邻两晶层产生了很强的键联效果，连接力很强，使晶层不易膨胀。

矿物岩石学粘土矿物特征及其鉴定一、层状粘土矿物的分类、特征以及代表性矿物有哪些？（至少列举三种）层状硅酸盐粘土矿物的种类很多，根据其构造特点和性质，可以归纳为4个类组，主要有：高岭组，蒙蛭组，水化云母组和绿泥石组矿物。

1.高岭组又叫1：1型矿物，是硅酸盐粘土矿物中结构最简单的一类。

包括高岭石，珍珠陶土，迪恺石和埃洛石等。

高岭组的特点（1）1：1型的晶层结构晶层由一层硅片和一层铝片重叠而成，硅片和铝片的比例为1：1.（2）非膨胀性相邻的晶层的层面不同，分别是硅面和铝面两个层面之间产生了较强的连接力，晶层的距离不变，不易膨胀。

（3）电荷数量少晶层内部硅片和铝片中没有或极少同晶替代现象（4）胶体特性较弱颗粒总表面积相对较小。

可塑性、粘结性、黏着性和吸湿性都较弱。

2.蒙蛭组又叫2：1型膨胀性矿物，包括蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等。

蒙蛭组的特点（1）2：1型的晶层结构晶层由二层硅片夹一层铝片构成，硅片和铝片的比例为2：1，故又称2：1型膨胀性矿物。

（2）胀缩性大该组矿物晶层的顶层和底层两个基面都有Si－O面所构成，所以当两个晶层相互重叠时，晶层相互间只能形成很小的分子引力。

晶层间的结合力很弱，故晶层的间距因水分的进入而扩张，因失水而收缩，蒙脱石晶层间距变化在0.96～2.14nm之间，具有很大的膨胀性。

（3）电荷数量大同晶替代现象普遍，蒙脱石主要发生在铝片中，一般以Mg2＋代Al3＋，而蛭石的同晶替代主要发生在硅片中。

（4）胶体特性突出蒙脱石颗粒细微，颗粒的总表面积大。

其可塑性、粘结性、黏着性和吸湿性都特别显著蛭石的颗粒比蒙脱石大，其表面积比蒙脱石小。

3.水化云母组又叫2：1型非膨胀性矿物或伊利组矿物。

伊利石是其代表。

水化云母组的特点（1）2：1型晶层结构晶层结构与蒙脱石相似，同样是由两层硅片夹一层铝片组成，硅片和铝片的比例为2：1，故又称2：1型非膨胀性矿物。

（2）非膨胀性在伊利石晶层之间吸附有钾离子。

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、枯燥收缩和膨润性等)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缺乏，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洁的粘土称为高岭土。

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。

黏土矿物组成
黏土矿物是指那些具有黏土性质的矿物，主要由硅酸盐矿物组成。

常见的黏土矿物有：
1. 伊利石：由硅酸钠、铝酸镁、水合硅酸钠等矿物组成，是常见的黏土矿物之一。

2. 蒙脱石：由硅酸镁、水合硅酸钠等矿物组成，具有很高的吸附能力，常用于活性土、吸附剂等领域。

3. 膨润土：由硅酸铝、镁酸铝等矿物组成，具有较强的吸附能力和膨胀性质。

4. 绿泥石：由硅酸镁、硅酸铁等矿物组成，常见于绿色粘土中。

5. 凹凸棒石：由硅酸镁、硅酸铁等矿物组成，是一种典型的黏土矿物。

黏土矿物在地球上广泛分布，常见于沉积岩和火山岩中，其主要成分是硅酸盐矿物，具有较强的吸附能力和可塑性，可用于制作陶器、建筑材料等。