粘土岩的物质成分

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、 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 、 化学沉淀的非粘土矿物及有机质 。 其化学成分以 Al2O3和H2O为主， 次为 ，Mg，Ca，Na，K的氧化物及 为主， 为主 次为Fe， ， ， ， 的氧化物及 一些微量元素。 一些微量元素。
第八章 粘土岩
第一节 概述 第二节 粘土岩的物质成分 粘土岩的结构、 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。 粘土岩是指以粘土矿物为主 （ 含量大于 ％ ） 的沉积岩 。 疏松或末固结者称为粘土。 疏松或末固结者称为粘土。 粘土岩的粒度组分大都很细小， 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 以下， 以下。 以下 甚至在0.00lmm以下 。 因此 ， 就粒度组分而 以下 因此， 小子0.005mm或小于 或小于0.0039mm的组分含量大于 ％的岩 的组分含量大于50％ 论， 小子 或小于 的组分含量大于 称为粘土岩。 石，称为粘土岩。 粘土岩这一术语的涵义和使用， 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、 含量 统一的认识 。 英美学者大都把粒级范围小于 、 大于2/3的岩石称为粘土岩 把粒级范围为1/6—1/256mm、含 的岩石称为粘土岩， 大于 的岩石称为粘土岩，把粒级范围为 、 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， 的岩石称为粉砂岩， 量大于 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。 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 ％的岩石称为粘土质 则把泥质颗粒（小于 ）含量达50％ 其中大于0.001mm的颗粒不少于 ％。 的颗粒不少于25％ 岩，其中大于 的颗粒不少于
粘土岩的结构、 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
1. 1：1型 ： 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 ： 型由一层四面体层和一层八面体层叠置并连接在一 ＋ 的交代， 起而构成。四面体层中不出现Si ＋ 起而构成 。 四面体层中不出现 4＋与 Al3＋的交代 ， 八面体层 交代， 结构式为A1 中 Al3 ＋ 未被 Mg2 ＋ 、 Fe3 ＋ 交代 ， 结构式为 2〔Si2O5〕 （ OH）4，在高岭石族矿物中常见， 故称为高岭石型， 属双 ） 在高岭石族矿物中常见，故称为高岭石型， 层型结构单元层。 层型结构单元层。 2 . 2：1型 ： 型 2：1型属三层型结构单元层，即由两层四面体层夹一层 ： 型属三层型结构单元层 型属三层型结构单元层， 八面体层构成，常见于蒙脱石和水云母族矿物， 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 ： ： 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 ： 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： 型结构单元的层间 层而构成。所叠置的八面体层可视为 ：1型结构单元的层间 故也可归为2： 型或三层型 常见于绿泥石族矿物。 型或三层型， 物，故也可归为 ：1型或三层型，常见于绿泥石族矿物。
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， 的产物，并以悬浮方式搬运至汇水盆地，以机械方式沉积而 由汇水盆地中SiO2 和 Al2O3胶体的凝聚作用形成的自生 成 。 由汇水盆地中 粘土矿物，以及由火山碎屑物质蚀变形成的粘土矿物， 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， 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。 归属陆源碎屑沉积岩。 粘土岩是沉积岩中分布最广的一类， 粘土岩是沉积岩中分布最广的一类，约占沉积岩总量的 60％。粘土岩不仅是重要的生油岩，同时还是良好的盖层， ％ 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， 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， 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、 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、 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， 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。 这就使粘土岩具有更广泛的工业使用价值。
在层状结构的粘土矿物中， 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、 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。 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叠置而成，称为混层粘土矿物。 类型的粘土矿物结构单元层叠置而成，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。 又分为有序（规则）混层和无序（不规则）混层两类。前者是由 轴方向规则交替、 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。 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， 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 －链组成， 硅氧四面体沿一个方向连接成辉石型的〔 硅氧四面体沿一个方向连接成辉石型的〔SiO3〕2－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、 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， 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（ 如水铝英石、伊毛缟石（imogolite）等，它们在粘土岩中较少分 ） 布。
三、有机质
粘土岩中常含有数量不等的有机质， 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、 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、 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， 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。 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 灰黑、黑色，多形成于安静低能还原环境，如澙湖、 深水盆地。这种环境对硫化铁的生成也是有利的， 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。 硫化铁矿物（如黄铁矿）常与富含有机质的暗色粘土岩共生。
综上所述，不同类型的粘土矿物，其晶体结构不同。 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（ － ） 因此，可按晶体结构特征对粘土矿物进行分类（表8－1）。
二、非粘土矿物
粘土岩中， 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、 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， 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。 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 粘土岩中化学沉淀的自生矿物主要有铁、 化物和氢氧化物（ 如赤铁矿、 褐铁矿、 水针铁矿、 化物和氢氧化物 （ 如赤铁矿 、 褐铁矿 、 水针铁矿 、 水铝 含水氧化硅（如蛋白石） 碳酸盐（ 如方解石、 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 云石 、 菱铁矿 ） 硫酸盐 （ 如石膏 、 硬石膏 ） 如磷灰石） 氯化物（ 如石盐等） （ 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％ 形成过程中生成的，其含量一般不超过 ％，是粘土岩形成 环境及成岩后生变化的重要标志。 环境及成岩后生变化的重要标志。
一、粘土矿物 二、非粘土矿物 种含水的硅酸盐或铝硅酸盐， 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。 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。 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： 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； 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。 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” 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， 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。 的结构单元层分为以下三种类型。
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 ， 粘土岩的化学成分主要为 ， 在一般粘土岩中， 三者总量可达80％ 以上； 其次为Fe 三者总量可达 ％ 以上 ； 其次为 2O3 ， 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、 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、吸附的阳离子类型及含量。如高岭石粘土岩富含Al 混入物、吸附的阳离子类型及含量。如高岭石粘土岩富含 2O3，水云 母粘土岩富含K ，海泡石粘土岩富含MgO，陆源混入物含量较多的粉 母粘土岩富含 2O，海泡石粘土岩富含 ， 砂质粘土岩SiO2含量高。 含量高。 砂质粘土岩 粘土矿物常具有吸附各种离子的特性，常吸附的阴离子有PO 粘土矿物常具有吸附各种离子的特性 ， 常吸附的阴离子有 43- ， SO42- ， Cl- ， NO3- ， 阳离子有 2+ ， Mg2+ ， Na+ ， K+ ， H+ 及 Cu2+ ， Pb2+ ， 阳离子有Ca 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。 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， 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， 含量低于海相或澙湖相粘土； 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 ， 含量低于海相或澙湖相粘土 放射性元素的含量在海相和非海相粘土中差异较大。 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。 在讨论和探索中。