08粘土岩
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8粘土岩
第三节 粘土岩的物质成分
矿物成分以粘土矿物为主，次为陆源碎屑 矿物、化学沉积的非粘土矿物及有机质。
化学成分以SiO2、Al2O3、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(Clay minerals)
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
1、概念
粘土岩——以粘土矿物为主（小于0.005或
0.0039，含量>50%）的沉积岩。
泥质岩——主要是由粘土矿物及粒径< 0.0039mm的细碎屑（>50%）组成的沉积岩。 粘土——疏松或未固结成岩的粘土矿物沉积 物，粒径<0.005mm(0.0039mm, 0.001mm)
为什么粘土岩属于碎屑岩？
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为鲕粒，大于2mm为豆粒。
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
粘土岩经热液蚀变而成。
二、粘土岩的构造(Structures of clayrocks)
层理（水平层理、块状层理等） 宏观构造 各种层面构造（干裂、雨痕、…）
盖层。
物理特性二
吸附性
粘土矿物具有从周围介质中吸附各种 离子、放射性元素及有机色素的能力。
自然伽马测井、改善钻井液性能
物理特性三
吸水膨胀性 有些粘土矿物具有极强的吸水能力，同 时产生体积膨胀，有时达50%甚至更大，
以蒙脱石吸水性最强。
物理特性四
可塑性 粘土加适当水分，受压后可塑制成一定 的形体，在压力取消后，形状不变。 制造各种陶瓷制品、耐火材料所必须具
5．绿泥石（chlorite）族
黏土岩分类
黏土岩分类
黏土岩是一种由黏土和其他矿物质混合而成的沉积岩。
它们通常具有细粒度和塑性，并且容易被水吸附。
黏土岩的分类基于其矿物成分和沉积环境。
以下是黏土岩的一些常见分类：
1. 粘土石灰岩：这种黏土岩是由黏土和碳酸盐混合而成的。
它们通常形成于海底沉积物的深水环境中。
2. 粘土砂岩：这种黏土岩是由黏土和石英等矿物质混合而成的。
它们通常形成于沙漠、河流和湖泊等环境中。
3. 伊利诺伊州黏土：这种黏土岩是由伊利诺伊州的黏土和腐殖质混合而成的。
它们通常形成于湿地和沼泽等环境中。
4. 基质支撑黏土岩：这种黏土岩是由黏土和砂石等颗粒混合而成的。
它们通常形成于河流和海岸等环境中。
5. 燧石黏土岩：这种黏土岩是由黏土和燧石混合而成的。
它们通常形成于火山喷发的沉积物中。
黏土岩在地质学和工程学中有着广泛的应用，因为它们具有一定的可塑性和润滑性，适合作为填土、基础和隔水层等建筑材料使用。
- 1 -。
08级岩土方向《地下工程》课程设计程少北
08级岩⼟⽅向《地下⼯程》课程设计程少北1 原始条件1.1 暗斜井⼯程概况某煤矿地⾯标⾼+45m。
-760⽔平暗斜井包括轨道、⽪带、回风三条暗斜井。
其中回风暗斜井全长851.83m，倾⾓250；轨道暗斜井全长960m，倾⾓220；胶带暗斜井全长996m，倾⾓210；-760m⽔平三条暗斜井设计断⾯均为直墙半圆拱形，⽀护⽅式为锚带⽹，其中锚杆直径为18mm、长为2m的等强⾦属螺纹钢锚杆，锚杆间排距为800mm×800mm，⾦属⽹为直径4.5mm、⽹孔100mm×100mm的新河矿暗斜井净断⾯图冷拔丝焊结⽽成。
三条暗斜井掘进300m左右时，其中回风和轨道暗斜井破坏最为严重，后经修复，⽬前仍处于不稳定状态。
1.2 地质条件-760m⽔平三条暗斜井均位于坡刘庄保护煤柱内，其中向北邻近⼀采区，向东北邻近⼯业⼴场保护煤柱，当三条暗斜井即回风暗斜井、轨道暗斜井及胶带暗斜分别到达⼤约-430、-456和-512⽔平时，将穿越嘉祥⽀三⼤断层，该断层倾⾓300，落差在120m～600m之间，预计断层附近断裂构造将较为发育，也有可能伴⽣其它构造，另外，由于对嘉祥⽀三⼤断层勘探资料较少，对断层的赋⽔性、导⽔性、断层带的宽度、充填状况、胶结程度等还有待于进⼀步查明，或者当⼯程快接近该断层时，⽤打超前钻孔的办法详细查明断层的赋存状况，以便为采取有针对性的措施提前作好准备。
总之，-760m⽔平三条暗斜井将绝⼤部分在3煤顶板岩层中掘进，预计到达-750m⽔平左右时可能穿过3煤并进⼊底板岩层中。
1.3围岩状况分析-760m⽔平三条暗斜井所穿越的岩层从下往上为细砂岩、3煤、粉砂岩、中砂岩、泥岩、细砂岩、泥岩等等，⽽⽬前掘进实际揭露的顶底板及围岩却为泥质软岩，平均坚固性系数在3左右，其特征是易吸湿、易膨胀、易解体、易剥落以及塑性流变性能⼤等特征，这是泥岩类中属于质量最差、最难控制的⼀类泥质软岩。
根据现场实际观测、岩样初步实验及数码照⽚的仔细研究，得出了两点初步结论：（1）三条暗斜井⽬前已揭露的围岩属于标准的不良地层，其特点是：易吸湿、易膨胀、易解体、易剥落以及塑性流变⼤等特点，对该类围岩有效控制变形难。
8 第八章 粘土岩
25-10 50-25
粘土结构（泥质结构）
含粉砂（砂）粘土结构 粉砂（砂）质粘土结构
２、按粘土矿物的结晶程度和晶体形态划分 • (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。如
２、粘土矿物成因：
(1)机械方式：来自母岩风化的产物，以悬浮方式搬运，以机械方
式沉积而成，占大多数。 (2)化学方式：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，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。
据成因机理，将粘土岩归为细碎屑岩 。
3、研究意义 (1) 分布最广，约占沉积岩总体积的55～60%。
• 粘土岩的作用：重要的生油岩，良好的盖层，还可作为油气的 储集层。
第一节
１、定义
概述
粘土岩是指以粘土矿物为主(含量>50%)的沉积岩（狭义）。疏松或 末固结成岩者称为粘土。 粘土岩是主要由粒径<0.01mm的细碎屑物质（>50%）组成的沉积岩 （广义）。 粘土岩的粒度组分都很细小，主要是因为粘土矿物的粒径细 小。粘土矿物的粒径一般 <0.005mm 或 0.0039mm ，甚至小于 0.00 １ mm 。所以，就粒度组分而言， <0.005mm 或 <0.0039mm 的 组分含量>50%的碎屑岩就是粘土岩。
伊利石
2 ：1
绿泥石
1、１：１型（高岭石型） 1：1型 双层结构单元层由一层Si-O四面体和一层Al-(O-OH)
粘土结构（泥质结构）
含粉砂（砂）粘土结构 粉砂（砂）质粘土结构
２、按粘土矿物的结晶程度和晶体形态划分 • (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。如
２、粘土矿物成因：
(1)机械方式：来自母岩风化的产物，以悬浮方式搬运，以机械方
式沉积而成，占大多数。 (2)化学方式：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，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。
据成因机理，将粘土岩归为细碎屑岩 。
3、研究意义 (1) 分布最广，约占沉积岩总体积的55～60%。
• 粘土岩的作用：重要的生油岩，良好的盖层，还可作为油气的 储集层。
第一节
１、定义
概述
粘土岩是指以粘土矿物为主(含量>50%)的沉积岩（狭义）。疏松或 末固结成岩者称为粘土。 粘土岩是主要由粒径<0.01mm的细碎屑物质（>50%）组成的沉积岩 （广义）。 粘土岩的粒度组分都很细小，主要是因为粘土矿物的粒径细 小。粘土矿物的粒径一般 <0.005mm 或 0.0039mm ，甚至小于 0.00 １ mm 。所以，就粒度组分而言， <0.005mm 或 <0.0039mm 的 组分含量>50%的碎屑岩就是粘土岩。
伊利石
2 ：1
绿泥石
1、１：１型（高岭石型） 1：1型 双层结构单元层由一层Si-O四面体和一层Al-(O-OH)
粘土岩、页岩和泥岩的区别
粘土岩、泥岩、页岩总结一、粘土岩：1.粘土岩是一种主要由粒径＜0.0039m的细颗粒物质组成的并含有大量粘土矿物的沉积岩。
疏松未固结者称为粘土，固结成岩者称为泥岩和页岩。
2.构成粘土岩主要成分的粘土矿物大多数来自母岩风化产物，并以悬浮方式被搬运水盆地，以机械方式沉积而成。
由水盆地中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。
因此就形成的机理而言，粘土岩类应归属陆源碎屑沉积岩。
3.粘土岩的化学成分取决于它的矿物成分和粘土矿物中吸附离子的成分。
其主要化学组分是SiO2、Al2O3。
4.粘土岩是分布最广的沉积岩，约占沉积岩总量的60—70%。
二、泥岩1.一种层理或页理不明显的粘土岩。
2.质地松软，固结程度较页岩弱，重结晶不明显。
3.常见类型有：①钙质泥岩。
含适量碳酸钙，常见于大陆红色岩系和海洋、潟湖相的沉积岩层。
②铁质泥岩。
含较多的铁矿物，如赤铁矿、褐铁矿、针铁矿等，多见于红色岩层。
③硅质泥岩。
三.页岩1.粘土岩的一种。
2.具页状或薄片状层理。
用硬物击打易裂成碎片。
3.常见类型有：①黑色页岩。
含较多的有机质。
②碳质页岩。
含有大量已碳化的有机质，常见于煤系地层的顶底板。
③油页岩。
含一定数量的沥青，黑棕色，浅黄褐色等，层理发育，燃烧有沥青味。
④硅质页岩。
含有较多的玉髓、蛋白石等，SiO2含量在85%以上。
⑤铁质页岩。
含少量铁的氧化物、氢氧化物等。
多呈红色或灰绿色。
在红层和煤系地层中较常见。
⑥钙质页岩。
含CaCO310－30%。
此外，还有混入一定砂质成分者，称为砂质页岩。
4.页岩抵抗风化的能力弱，在地形上往往因侵蚀形成低山、谷地。
5.页岩不透水，在地下水分布中往往成为隔水层。
四.泥岩与页岩的区别页岩与泥岩的区别在于页岩有明显平整的层理，相邻两层组成颗粒大小有明显差异；泥岩层理不明显，质地较均匀。
CAD地质图案填充编号
沉积岩花纹<1>.碎屑岩花纹C101,砾岩C102,角砾岩C103,砂砾xxC104,砂质砾xxC105,钙质砾岩C106,硅质砾岩C107,砂xxC108,xxxxC109,硬砂岩C110,铁质砂岩C111,长石砂岩C112,泥质粉砂岩C113,凝灰质粉砂岩C114,钙质砂岩<2>.粘土xx及页xx花纹C201,粘土岩(或泥页岩) C202,砂质粘土岩C301,石灰岩C203,硅质粘土岩C302,含泥质灰岩C204,页岩C303,砂质灰岩C205,铝土页岩C304,硅质灰岩C206,炭质页岩C305,结晶灰岩C207,油页岩C306,沥青质灰岩C208,硅质页岩C307,生物灰岩C209,凝灰质页岩C308,炭质灰岩C210,砂质页岩C309,含圆藻硅质灰岩<3>.化学和生物沉积岩花纹C310,硅质结核灰岩C311,含燧石结核灰岩C312,硅质条带灰岩C313,竹叶状灰岩C314,瘤状灰岩C315,鲕状灰岩C316,碎屑状灰岩C317,角砾状灰岩C318,砾状灰岩C319,页状灰岩C320,豹皮状灰岩C321,薄层灰岩C322,xx灰岩C323,泥灰岩C324,砂质泥灰岩C325,硅质泥灰岩C326,xxC327,泥质xxC328,石灰华C329,磷块岩C330,铝土层C331,锰矿层C332,xxC333,铁矿层C334,煤层C335,石膏层C336,岩盐松散沉积物花纹Q101,xxQ102,漂石Q103,块石Q104,卵石Q105,砂卵砾石Q106,碎石Q107,砾石Q108,角砾Q109,砾质土Q110,砂Q111,粉土Q112,砂壤土Q113,壤土Q114,黄土Q115,粘土Q116,淤泥Q117,盐渍土Q118,泥炭Q119,xxQ120,钙质结核Q121,腐植土Q122,填筑土Q123,淤泥质粘土Q124,xx泥砾Q125,冰水沉积层岩浆岩花纹<1>.酸性岩Y101,未区分的酸性侵入xxY102, Y103,xx斑岩Y104,Y105,二长xxY106,Y107,钾长xxY108,Y109,xxY110,Y111,xx伟晶岩Y112,Y113,流纹岩Y114,Y115,流纹凝灰岩Y116,Y117,黑锰岩<2>.中性xx(中酸性、中碱性)Y201,未区分的中性侵入xxY202, Y203,xxxx闪长岩Y204,Y205,中性喷出xxY206,Y207,xxY208,<3>.碱性岩Y301,未区分的碱性侵入xxY302, Y303,霞石正长斑岩Y304,Y305,xxxxY306,Y307,未区分的碱性喷出xxY309,粗面斑岩Y310,Y311,碱性xx<4>.基性岩Y401,未区分的基性侵入xxY402, Y403,xxY404,Y405,蛇纹岩Y406,Y407,基性喷出xxY408,Y409,xx斑xxY410,Y411,xxxxY412,<5>.超基性岩Y501,超基性侵入xxY502,Y503,橄榄岩Y504,xxxxxx二长岩斜长xx花岗细晶岩酸性喷出xx流纹班岩霏细岩、霏细斑岩闪长岩xx闪长斑岩xxxx凝灰岩霞石xxxx正长斑岩Y308,粗面岩响岩辉长岩煌斑岩xx(玢xx)xx凝灰xx细壁岩纯橄榄岩角闪岩Y505,辉岩Y506,超基性喷出岩Y507,苦橄岩<6>.火山碎屑岩Y601,集块熔岩Y602,角砾熔岩Y603,集块角砾熔岩Y604,凝灰熔岩Y605,熔集块岩Y606,熔角砾岩Y607,熔凝灰岩Y608,熔角砾凝灰岩Y609,熔结集块岩Y610,熔结角砾岩Y611,熔结凝灰岩Y612,Y613,火山角砾岩Y614,Y615,岩屑凝灰岩Y616,Y617,沉火山角砾岩Y618,B001,混合岩B002,B003,斑点状混合岩B004,B005,香肠状混合岩B006,B007,条带状混合岩B008,B009,网状混合岩B010,B011,雾迷状浑合岩B012,B013,角闪雾迷状混合岩B014,B015,条带状混合质二云片岩B017,片麻岩B018,B019,黑云片麻岩B020,B021,二长片麻岩B022,B023,角闪斜长片麻岩B024,B025,片岩B026,B027,角闪片岩B029,绢云母片岩B030,B031,篮闪片岩B032,B033,石榴片岩B034,B035,斜长绿泥片岩B036,B037,千枚岩B038,B039,石英千枚岩B040,B041,绿泥千枚岩B042,B043,板岩B044,B045,硅质板岩B047,炭质板岩B048,B049,凝灰质板岩(中性) B050, B051,辉石麻粒岩B052,B053,变粒岩B054,B055,黑云变粒岩B056,B057,变质砂岩B058,集块岩凝灰岩沉集块岩沉凝灰岩变质岩花纹渗透状混合岩眼球状混合岩条纹(痕)状混合岩分枝状混合岩角砾状混合岩混合花岗岩斜长角闪均质混合岩眼球状混合质黑云变粒岩花岗片麻岩斜长片麻岩黑云钾长片麻岩二云钾长片麻岩石英片岩B028,云母片岩绿泥片岩滑石片岩角闪石英片岩角闪石榴云母片岩钙质千枚岩绢云母千枚岩绢云绿泥千枚岩钙质板岩B046,砂质板岩绿泥板岩麻粒岩紫苏麻粒岩角闪变粒岩斜长角闪变粒岩石英岩B016,B059,长石石英岩B060,变流纹岩B061,变安山岩B062,变玄武岩B063,大理岩B064,白云质大理岩B065,白云石大理岩B066,含石英大理岩B067,蛇纹石大理岩B068,绿帘石大理岩B069,石榴石灰石大理岩B070,矽卡岩B071,透辉石矽卡岩B072,硅灰石矽卡岩B073,透辉石石榴石矽卡岩B074,内矽卡石(原岩为闪长岩) B075,方柱石矽卡岩B076,方柱石石榴石矽卡岩B077,角岩B078,斑点角岩B079,石英角岩B080,绢云母角岩B081,矽线石角岩B082,堇青石角岩B083,红柱石黑云母角岩B084,蛇纹石B085,闪长质混染岩B086,绿泥石化B087,绿帘石化B088,绢云母石化B089,电气石化B090,硅化B091,高岭土化B092,大理石化B093,矽卡岩化B094,角岩化构造岩花纹G001,断层泥G002,超糜棱岩G003,糜棱岩G004,千糜岩G005,断层角砾岩G006,构造片状岩G007,压碎岩G008,碎块岩G009,碎裂岩G010,玻状岩岩石富水性花纹S101,富水性极弱的S102,富水性弱的S103,富水性中等的S104,富水性强的S105,富水性极强的岩石渗透性花纹(岩石)S201,强透水S202,中等透水S203,弱透水S204,微透水S205,极微透水S301,极强透水S302,强透水S303,中等透水S304,弱透水S305,微透水S306,极微透水岩石渗透性花纹(土)QA01,粉土QA02,粘质粉土QA03,砂质粉土QA04,淤泥质粉土QA05,粉土夹砂工民建地基勘探常用岩性花纹一.粉土类QB01,粘土QB02,粘土夹砂QB03,粘土夹碎石QB04,杂粘土QB05,粉质粘土QB06,淤泥质粘土QB07,砂质粘土QB08,重粉质粘土QB09,淤泥质粉质粘土QB11,卵砾质粉质粘土二.粘土类QC01,亚粘土QC02,QC03,淤泥质亚粘土QC04,QC05,轻亚粘土QC06,QC07,含砾轻亚粘土QC08,QC09,黄土状轻亚粘土三.壤土类QD01,轻粉质壤土QD02,QD03,中壤土QD04,QD05,重壤土QD06,QD07,重砂壤土四.砂土类Qe01,淤泥质亚砂土Qe02, 五.砂砾石类Qf01,粉砂Qf02,Qf03,中细砂Qf04,Qf05,中粗砂Qf06,Qf07,淤泥质中粗砂Qf08,Qf09,砂砾石Qf10,Qf11,卵石Qf12,六.人工堆积物QG01,杂填土QG02,QG03,耕植土QG04,七.碎石土类Qh01,坡积物Qh02,Qh03,残积土Qh04,Qh05,角砾Qh06,含砾粉质粘土含碎石粉质粘土含泥质亚粘土含砾亚粘土轻亚粘土夹砂黄土状亚粘土重粉质壤土中粉质壤土中砂壤土砾质土细砂中砂含砾砂层圆砾土夹卵砾石卵石夹亚粘土素填土回填卵砾石洪坡积碎石土,plDlQ4崩冲积碎石夹砂崩坡积块石及碎石土Qh07,崩积碎石QB10, QB12,八.其它Qi01,黄土Qi02,泥炭层(土)Qi03,淤泥夹砂Qi04,砂夹淤泥Qi05,淤泥混砂Qi06,砂混淤泥Qi07,含泥炭质土Qi08,素填土九－1.沉积岩XA01,泥岩XA02,XA03,油页岩XA04,XA05,泥质砂岩XA06,XA07,砂质粘土岩XA08,XA09,砾岩XA10,XA11,煤层XA12,XA13,结晶灰岩XA14,XA15,砾状灰岩XA16,XA17,中厚层灰岩九－2.岩浆岩XB01,交代式花岗岩,rS XB02, XB03,斑纹状混合岩,Bm XB04, 九－3.变质岩XC01,片麻岩XC02,XC03,角页岩XC04,XC05,石英岩九－4.岩脉及构造岩XD01,石英脉XD02,XD03,闪长岩脉XD04, XD05,断层角砾一.松散堆积物WA01,粘土WA02,WA03,粉土WA04,WA05,壤土WA06,WA07,细粉砂WA08, WA09,砂WA10,九.岩石类砂页岩砂岩泥质粉砂凝灰质粉砂岩砂砾层铁矿层角砾状灰岩硅质条带泥灰岩混合花岗岩粗面集块岩安山变质岩变质砂岩辉绿岩脉碎块岩其它岩性花纹符号粉质粘土淤泥质粉土粉砂岩粗粉砂含泥质砂WA11,砾砂WA12,砾石WA13,角砾石WA14,砂砾卵石层WA15,含泥砂砾WA16,含泥卵石WA17,漂卵石层二.岩石二－1.沉积岩WB01,页岩WB02,炭质页岩WB03,砂质页岩WB04,WB05,煤层WB06,WB07,砂质粘土层WB08,WB09,泥质粉砂岩WB10, WB11,含砾石英砂岩WB12, WB13,石英岩状砂岩WB14, WB15,碎屑状灰岩WB16, WB17,含砾泥质板岩WB18, WB19,白云岩WB20,WB21,凝灰岩WB22,WB23,安山凝灰岩二－2.变质岩WC01,变质岩WC02,WC03,黑云母斜长片麻岩WC05,角闪石片岩WC06, WC07,硅质岩WC08,WC09,千枚岩WC10,WC11,大理岩WC12,二－3.岩浆岩WD01,花岗岩WD02,WD03,角闪岩WD04,WD05,黑云角闪岩WD06,WD07,黑云角闪斜长岩WD08, WD09,角砾安山岩WD10,硅质页岩粉砂质泥岩粉砂岩含砾砂岩含角砾砂岩灰岩泥质条带灰岩硅质泥质板岩硅质条带状白云岩含砾凝灰岩片麻岩黑云母片岩阳起石片岩变质安山岩石英绢云母千枚岩构造片状岩片麻状黑云母花岗岩斜长角闪岩英安流纹质角砾岩闪长玢岩熔岩WC04,。
泥岩-页岩-粘土岩-板岩-粘土矿物
泥岩、页岩、粘土岩、板岩和粘土矿物1、粘土岩（clay rock）粘土岩是一种主要由粒径＜0.0039mm的细颗粒物质组成的并含有大量粘土矿物的沉积岩。
疏松未固结者称为粘土，固结成岩者称为泥岩和页岩。
大多数粘土岩是母岩风化产物中的细碎屑物质呈悬浮状态被搬运到沉积场所，以机械方式沉积而成的。
部分粘土岩是铝硅酸盐矿物分解的产物在原地堆积而成或在水盆地中通过胶体凝聚作用形成的，成分较纯，常常具有一定的工业价值。
粘土矿物是粘土岩中最主要的矿物成分。
粘土矿物很细小，它们的结晶大小一般不超过1—2微米。
粘土矿物种类繁多，粘土岩中分布最广的是高岭石、水云母、蒙脱石、绿泥石、凹凸棒石等。
粘土岩的化学成分取决于它的矿物成分和粘土矿物中吸附离子的成分。
其主要化学组分是SiO2、Al2O3及铁的氧化物等。
粘土岩的颜色取决于粘土矿物的成分、杂质矿物的成分、有机质及所含色素的颜色。
单一成分的高岭石粘土、水云母粘土等，常呈白色、浅灰色，浅黄色等；某些粘土岩中含细分散状的铁的氧化物和氢氧化物，则呈红色、紫色、棕色、黄色或玫瑰色等；含锰的氧化物时则呈褐色或黑色；含分散状有机质和硫化铁时呈灰色或黑色；若粘土岩中含有较多的海绿石、绿泥石、孔雀石、蓝铜矿时，则呈绿色或蓝色。
粘土岩是分布最广的沉积岩，约占沉积岩总量的60—70%。
粘土岩具有独特的物理性质，如可塑性、耐火性、烧结性、膨胀性、吸附性等等，因而在工农业方面有着广泛的用途。
近年来，在黑色页岩和碳质页岩中还发现含有稀有元素和稀土元素，构成具有工业价值的矿床。
粘土岩是重要的生油岩和油气藏的盖层，研究粘土岩具有重要的经济意义。
2、泥岩一种层理或页理不明显的粘土岩。
矿物成分复杂，主要由粘土矿物（如水云母、高岭石、蒙脱石等）组成，其次为碎屑矿物（石英、长石、云母等）、后生矿物（如绿帘石、绿泥石等）以及铁锰质和有机质。
质地松软，固结程度较页岩弱，重结晶不明显。
常见类型有：①钙质泥岩。
含适量碳酸钙，常见于大陆红色岩系和海洋、潟湖相的沉积岩层。
08粘土岩
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四、粘土岩的化学成分
粘土岩的化学成分主要为SiO2，A12O3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，其原因在于： 1)这主要取决于它的矿物成分、混入物的类型及 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。
在压实过程中，孔隙度的减小和埋深的增加并非 直线关系。理深在300～500m以内，孔隙度急剧降低； 埋深大于500m时，孔隙度降低显著变慢。随着深度的 增加，层间水和结构水的排出将愈来愈困难。因此， 当理深在2000m时，孔隙度为10％～15％左右；埋深达 4000rn，孔隙度仍为5％～10％；至 6000m时，孔隙度 为 3％～3.5％。 61
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二、粘土岩的构造
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。 水平细层的厚度小于1cm者称为页状层理或页理； 水平细层的厚度小于lmm者称为纹理，在粘土岩中 也较常见。
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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境中。
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粘土沉积物在压实过程中，随着埋深的加大，若 处在一个较封闭的系统中，上覆沉积负荷在粘土岩中 产生超孔隙压力，孔隙中的流体支撑了大部分以至全 部上覆压力，骨架颗粒承受的压力则大大地降低，形 成塑性的可流动的“欠压实泥岩”。当上覆沉积负荷 出现压力不均衡时，欠压实泥岩则向压力低的方向流 动，在上覆层压力较小或具有裂隙的部位形成泥岩的 刺穿或底辟。
四、粘土岩的化学成分
粘土岩的化学成分主要为SiO2，A12O3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，其原因在于： 1)这主要取决于它的矿物成分、混入物的类型及 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。
在压实过程中，孔隙度的减小和埋深的增加并非 直线关系。理深在300～500m以内，孔隙度急剧降低； 埋深大于500m时，孔隙度降低显著变慢。随着深度的 增加，层间水和结构水的排出将愈来愈困难。因此， 当理深在2000m时，孔隙度为10％～15％左右；埋深达 4000rn，孔隙度仍为5％～10％；至 6000m时，孔隙度 为 3％～3.5％。 61
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二、粘土岩的构造
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。 水平细层的厚度小于1cm者称为页状层理或页理； 水平细层的厚度小于lmm者称为纹理，在粘土岩中 也较常见。
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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境中。
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粘土沉积物在压实过程中，随着埋深的加大，若 处在一个较封闭的系统中，上覆沉积负荷在粘土岩中 产生超孔隙压力，孔隙中的流体支撑了大部分以至全 部上覆压力，骨架颗粒承受的压力则大大地降低，形 成塑性的可流动的“欠压实泥岩”。当上覆沉积负荷 出现压力不均衡时，欠压实泥岩则向压力低的方向流 动，在上覆层压力较小或具有裂隙的部位形成泥岩的 刺穿或底辟。
粘土岩
一、基本概念
粘土岩——以粘土矿物为主 （ 含量 >50% ） 以粘土矿物为主（ 含量>50% 粘土岩 以粘土矿物为主 的沉积岩。 的沉积岩。 粘土——疏松或未固结成岩的粘土矿物沉 疏松或未固结成岩的粘土矿物沉 粘土 积物，粒径< 005mm( 0039, 001m) mm(0 积物，粒径<0.005mm(0.0039, 0.001m) 泥 质 岩 —— 主 要 是 由 粘 土 矿 物 及 粒 径 0039mm的细碎屑（ 50% mm的细碎屑 <0.0039mm的细碎屑（>50%）组成的沉积岩
4．可塑性 制造各种陶瓷制品、 制造各种陶瓷制品 、 耐火材料所必 须具备的重要性能。 须具备的重要性能。 5．耐火性 粘土在高温下不熔化的性能 6．烧结性 7．粘结性 8．干缩性
第三节 粘土岩的物质成分
矿物成分以粘土矿物为主， 矿物成分以粘土矿物为主，次为陆源 碎屑矿物、 碎屑矿物、化学沉积的非粘土矿物及有机 质。 化学成分以SiO 为主， 化学成分以SiO2、Al2O3、H2O为主， 次为Fe Mg、Ca、Na、 Fe、 次为Fe、Mg、Ca、Na、K的氧化物及一些 微量元素。 微量元素。
3．鲕粒及豆粒结构 4．内碎屑结构 5．残余结构 二、粘土岩的构造 层理（水平层理、块状层理等） 层理（水平层理、块状层理等） 宏观构造 各种层面构造（干裂、雨痕、 各种层面构造（干裂、雨痕、……） ） 水底滑动构造 显微鳞片构造 显微构造 显微毡状构造 显微定向构造
Ripple marks
Mud Cracks
埋深300 500m 孔隙水很容易排出， 埋深300—500m，孔隙水很容易排出， 300 500m， 孔隙度急剧降低。 孔隙度急剧降低。 埋深>500m，孔隙度降低显著变缓。 埋深>500m，孔隙度降低显著变缓。 >500m 埋深2000m左右，孔隙度为10 15%。 10—15% 埋深2000m左右，孔隙度为10 15%。 2000m左右 埋深4000m，孔隙度为5 10% 10%。 埋深4000m，孔隙度为5—10%。 4000m 埋深6000m，孔隙度为3 3.5% 3.5%。 埋深6000m，孔隙度为3—3.5%。 6000m
第九讲 粘土岩
（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。
结晶质粘土矿物又分为层状和链层状两种结 构类型。
粘土矿物
结构单元层类型
层间物
族
种
晶i4O10](O
H)8
有或无水分 子
简
单 层 状
2:1 [S4O10](OH
)2
阳离子或 水化阳离子
的
2:1:1 [Si4O10](O
这种非渗透性，使粘土岩成为石油及天然气在地下 保存的良好盖层。据统计，世界上334个大油气田 中，以粘土岩作为盖层者占65%。我国大庆及渤海 湾地区各油田都是以粘土岩作为油气的盖层。
粘土岩的物理性质——吸附性
粘土矿物具有从周围介质中吸附各种离子、放射性元 素及有机色素的能力。
由粘土矿物分子间力相互作用而产生的吸附称物理吸 附，它与粘土的分散性有关。
H)2
氢氧化物
高岭石 埃洛石 蒙脱石 水云母
绿泥石
高岭石、地开石、珍珠 陶土等
埃洛石（多水高岭石）、 变埃洛石等
蒙脱石、拜来石、绿脱 石、皂石
水云母（伊利石）、海 绿石
各种绿泥石、单热石等
的
的
有序混层
水云母－蒙脱石组合、绿泥石－蒙脱石组合等
混
层
状
的
无序混层
水云母－蒙脱石组合、水云母－绿泥石组合 水云母－蒙脱石－绿泥石组合等
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）。
在粘土形成过程中生成的，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。
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一般情况下，随着埋深和介质PH值增加，溶液由 酸性变为碱性，层间溶液浓缩，离子浓度加大，高岭 石变得不稳定而发生转化。 若有K+离子存在，则转化为伊利石；若有 Ca2+， Mg2+，Na+离子存在，则转化为蒙脱石或绿泥石。 埋藏深度与pH值的增大并无绝对的正比关系，深 埋藏也仍然可以出现酸性介质，因此高岭石的稳定性 有一定的深度范围。 深部钻探资料表明，高岭石转化消失的深度区 间可从数百米至数千米，温度区间也较大。这说明高 岭石的稳定性并非严格地受温度和压力的控制。
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2)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。 3)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含量低于海相或渴湖相粘土；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 些观点至今仍在讨论和探索中。
灰色、灰黑、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。因此，灰、灰黑、黑色常是生油粘土岩 的标志之一。 58
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第四节
粘土岩的分类主要岩石类型
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第五节
粘土沉积物的沉积后变化
一、压实作用
粘土物质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大降低，体积缩小，最后被 压实固结成为粘土岩。
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2．蒙脱石的转化
随埋藏深度的增加，蒙脱石向伊利石或绿泥石转 化。实验研究也证明，在碱性介质中，温度在100～ 130℃，K+与H+比率接近正常海水时，蒙脱石失去层间 水而逐步向伊利石转化；如果有Fe2+，Mg2+离子存在， 则逐步转化为绿泥石。 但蒙脱石木能简单地通过离子交换转变成伊利石， 随着埋深的增加、温度的升高、压力的加大，蒙脱石 将有一部分层间水脱出，造成了某些层间塌陷，导致 了晶格的重新排列和碱性阳离子的吸附，首先形成混 层矿物，进而转变为伊利石或绿泥石。 一般认为蒙脱石向蒙脱石一伊利石混层矿物转化 的深度范围应在1200～3500m之间。
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2）蒙脱石
晶体是典型的2∶1(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 。 28
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三、粘土岩的颜色
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 化一弱还原环境下形成的。
一、粘土矿物
粘土矿物：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。 晶质包括：蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭石等 非晶质包括：水铝英石，硅胶铁石等
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1、粘土矿物的主要物性 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，形态不变。 耐火性：是指在高温下不熔融的性能； 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。 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。 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。 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。 吸水性：有些粘土具有极强的吸水能力，同时产 生体积膨胀。
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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。 沉积岩中有机 质3.8×1015T，粘土岩中3.6×1015T 富含有机质的粘土岩，常呈深灰、灰黑、黑色，多 形成于安静低能还原环境，如深湖、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。
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粘土沉积物在压实过程中，随着埋深的加大，若 处在一个较封闭的系统中，上覆沉积负荷在粘土岩中 产生超孔隙压力，孔隙中的流体支撑了大部分以至全 部上覆压力，骨架颗粒承受的压力则大大地降低，形 成塑性的可流动的“欠压实泥岩”。当上覆沉积负荷 出现压力不均衡时，欠压实泥岩则向压力低的方向流 动，在上覆层压力较小或具有裂隙的部位形成泥岩的 刺穿或底辟。
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2、粘土矿物晶体结构的基本特征
相同特征：
同1)粘土矿物的晶体结构中均有硅-氧四面体层和铝 -氧(或铝-氢氧)八面体层；称其为基本结构层。 四面体层中Si4+ 可被Al3+取代而成铝 -氧四面体；八面体 层中Al3+可被Mg2+或 Fe3+取代，前者称二 八面体，后者称三八 面体。
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同2)相邻的(四面体和八面体)基本结构层间以有氧 离子连接，结合力强，一般电价平衡、电荷中性，称 其为结构单元层。结构单元层均沿C轴叠置组成矿物 晶体。结构单元层间常有层间水、吸附阳离子，称其 为层间域。
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各粘土矿物的差异：
异1) 结构单元层中基本结构层的数量比例及叠置方 异2)类质同相臵换的位臵与数量不同；
式不同。据此可对粘土矿物进行分类：
异3)层间域中吸附充填物不同；
异4)相邻结构单元层的叠臵位臵不同，称其为粘土
矿物(层状硅酸盐矿物)的“多型”；
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2：1型
2：1型
2：1：1 型
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花瓣状的绿泥石矿物的结构单位层在C 轴方向上交互迭臵构成的。 如：伊-蒙混层、绿-蒙混层、伊-绿混层
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二、非粘土矿物
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。 化学沉淀的自生矿物： 铁、锰、铝的氧化物和氢氧化物; 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; 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。
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第三节
粘土岩的结构、构造和颜色
一、粘土岩的结构
1．按陆源碎屑(颗粒)的相对含量划分 根据粉砂、砂等陆源屑物质的相对含量划分：
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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2～3mm的蠕虫状，称为蠕虫状 结构。
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二、粘土岩的构造
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。 水平细层的厚度小于1cm者称为页状层理或页理； 水平细层的厚度小于lmm者称为纹理，在粘土岩中 也较常见。
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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境中。
在压实过程中，孔隙度的减小和埋深的增加并非 直线关系。理深在300～500m以内，孔隙度急剧降低； 埋深大于500m时，孔隙度降低显著变慢。随着深度的 增加，层间水和结构水的排出将愈来愈困难。因此， 当理深在2000m时，孔隙度为10％～15％左右；埋深达 4000rn，孔隙度仍为5％～10％；至 6000m时，孔隙度 为 3％～3.5％。 61
1：1型
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绿泥石晶体结构图
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3、常见粘土的特征
1）高岭石 是典型的1∶1（T0）型粘土矿物，是由“硅-氧四面体 片”和“铝-氢氧八面体片”两种“基本结构层” 按 1∶1的比例结合组成“结构单元层” ；基本无类质同 象替代。偏光显微镜下正低突起，一级灰干涉色
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四、粘土岩的化学成分
粘土岩的化学成分主要为SiO2，A12O3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，其原因在于： 1)这主要取决于它的矿物成分、混入物的类型及 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。