岩石学-沉积岩291泥岩

泥（页）岩MudstoneThey

can

be

separated

into

these

categories:Siltstone

-

greater

than

half

of

the

composition

issilt-sized

particles.Claystone

-

greater

than

half

of

the

composition

isclay-sized

particles.Mudstone

-

hardened

mud;

a

mix

of

silt

andclaysized

particles.

Mudstonecan

include:Shale

-

exhibits

lamination

or

fissility.Argillite

-

has

undergone

low

grade

metamorphism.--From

Wikipedia,

the

free

encyclopedia陡山沱组113陡山沱组114244245246247248249250251研究意义分布最广，约占沉积岩总体积的55～60%。沉积岩成因、沉积环境分析。吸附的微量元素可判断古环境和古气候。重要的石油地质意义重要的生油母质；良好盖层；页岩气，泥岩裂缝油气藏工业用途可塑性、耐火性、烧结性、吸水膨胀性、吸附性等经济意义富集稀有元素和稀土元素，形成工业矿床。黑色页岩和碳质页岩中镍、钼、钒、铅、铂、铈、钇等Clay,

Silt

&

MudrockQuartz

is

most

common.

Feldspar,

mica,

calcite,

iron

oxides

&

many

other

minor

components

are

included.Silt

:

grain

size

between

4

and

62

µm.

This

size

range

is

subdivided

into

coarse,

medium,

fine

&

very

fine.Siltstone:

sedimentary

rockwith

dominant

silt

grains.Clay:

grain

size

<

4

µm.

Claystone:

sedimentary

rock

with

dominant

clay

(clay

particle

is

over

2/3)Mud

:

clay

&

silt

sized

particles

aremixed

in

unknown

proportions

as

the

main

constituents

in

unconsolidatedsediment.

Mudstone:

sedimentary

rock

mixtures

of

more

than

one-third

of

each

component

(

Folk

1974;

Blatt

et

al

1980).Mud

rock:

can

be

applied

to

any

indurate

sediment

made

up

of

silt

and/or

clay.Shale:

applied

to

mud

rocks

having

a

fractural

trend.The

most

common

member

of

Kaolinite

group

is

generally

formed

insoil

profiles

in

warm,

humid

environments

where

acid

watersintensely

leach

bedrock

lithologies

such

asgraniteKanditegroup(2

layers)Smectitegroup(3

layers)Commonly

form

asbreakdown

products

of

feldspars

and

other

silicate

minerals.

Layered

crystalstructure.

Twopatterns

of

layering

occur:

one

with

2

layers

(Kandite

group

)

&

other

with

3layers(Smectite

group

).

Four

most

common

clay

minerals

are

:

Kaolinite,

Montmorilonite,

Illite

&

ChloriteClay

mineralsChloriteexpandable;

can

absorb

water

within

their

structure.

It’s

product

ofmore

moderate

temperature

condition

in

soils

with

neutral

toalkalinepH.

It

also

forms

under

alkaline

conditions

in

arid

climatesMontmorilonite(Swelling

Clay)It’s

relative

to

muscovite;

most

common

clay

mineral

in

sediments

formingin

soil

in

temperate

areas

where

leaching

is

limited.KaoliniteIlliteformed

most

commonly

in

soils

with

modera

eaching

under

fairlyacidic

groundwater

conditions

&

in

soils

in

aridclimatesDefinitionsof

terms:MineralsinSilt/SiltstoneClay

particleproperties-Suspensive.

Clay

particles

are

present

as

suspended

load

in

most

current

of

waterand

air,

and

areonlydeposited

when

flow

ceases.-Cohesive.

Clay

particles

are

deposited

and

cohesion

makes

them

resistant

to

remobilization

in

aflow.This

allows

deposition

&

preservation

of

fine

sediment

in

areaswhich

experience

intermittern

flows.粘土岩0.0039

mm页岩（具页理构造）泥岩0.004

mm粘土岩(Claystone)第三节第四节第五节第一节

概述第二节

粘土岩的物质成分一、粘土矿物

二、非粘土矿物三、有机物质四、粘土岩的化学成分粘土岩的结构、构造、颜色一、粘土岩的结构二、粘土岩的构造三、粘土岩的颜色粘土岩的分类及主要类型一、粘土岩的分类二、主要类型粘土沉积物的沉积后变化一、压实作用二、粘土矿物的转化作用三、粘土矿物的脱水作用概

述粘土岩：是指以粘土矿物为主(含量>50%)的陆源碎屑沉积岩。疏松或末固结成岩者称为粘土。搬运方式：悬浮搬运沉积方式：机械方式沉积来源：母岩风化产物粒径：0.005

mm或0.0039

mm

,甚至于0.001mm粘土成岩作用粘土岩粘土矿物结晶质链层状非晶质层状（常见）镁氧八面体层（基本结构层）铝氧八面体层(基本结构层）粘土矿物是一种含水的硅酸盐或铝硅酸盐。Clay

minerals

are

hydrous

aluminiumphyllosilicates,

sometimes

with

variableamounts

of

iron,

magnesium,

alkalimetals,

alkaline

earths,

and

other

cations.Clay

minerals

are

usually

(but

notnecessarily)ultrafine-grained

(normallyconsidered

to

be

less

than

2

micrometresin

size

on

standard

particle

sizeclassifications).硅氧四面体层(基本结构层)粘土矿物Al(Mg)-(O,OH)八面体粘土矿物的基本构造Si-O四面体结构层状结构硅酸盐晶体中硅氧四面体层和铝氧八面体层的连接方式（Ａ）１：１型（Ｂ）２：１型1：1型2：1：1型2：1型2：1型层状粘土矿物晶体结构类型图SEM

ofIlliteSEM

ofSmectiteSEM

ofKaoliniteSEM

ofChlorite粘土矿物分类简表（冯增昭，1993）结构单元层类型层间物族种晶质的层状的简单层状的1:1[Si4O10](OH)8有或无水分子高岭石高岭石、地开石、珍珠陶土等埃洛石埃洛石（多水高岭石）、变埃洛石等2:1[Si4O10](OH)2阳离子或水化阳离子蒙脱石蒙脱石、拜来石、绿脱石、皂石水云母水云母（伊利石）、海绿石2:1:1[Si4O10](OH)2氢氧化物绿泥石各种绿泥石、单热石等混层状的有序混层水云母-蒙脱石组合、绿泥石-蒙脱石组合等无序混层水云母-蒙脱石组合、水云母-绿泥石组合水云母-蒙脱石-绿泥石组合等链层状的2:1水化阳离子海泡石海泡石、坡缕石（凹凸棒石）半晶质和非晶质的伊毛缟石、水铝英石等（1）高岭石族高岭石★★★、地开石★、珍珠陶土★1：1型双层结构单元层由一层Si-O四面体和一层Al-(O-OH)八面体组成高岭石单个晶体：六边鳞片状、书页状。集合体：蠕虫状、手风琴状；成因长石类矿物在酸性介质中分解的产物富含Al3+的硅酸盐转变晶体0.01～0.001mm，重结晶>1mm相对密度2.61，硬度<2质纯白色，含杂质——浅红色、浅黄色高岭石Al2O3·2SiO

2·2H

2O的结构(即Al4[Si4O10](OH)8)(001)面上的投影（001）面上的投影（显示出硅氧层的六节环及各离子的配位信息）（100）面上的投影（显示出单网层中Al3+填充2/3八面体空隙）（010）面上的投影（显示出单网层的构成）夏2井，4347m，T1b

，粒间六方板状高岭石，放大倍数2000夏2井，4348.61m，T1b

，粒表蠕虫状高岭石，放大倍数

3000（2）蒙脱石族蒙脱石★★拜来石★★、绿脱石★、皂石★，2：1型三层结构单元两层四面体夹一层八面体层蒙脱石/胶岭石/微晶高岭石偏光镜下细鳞片状色比高岭石、伊利石高。扫描电镜下细鳞片状、鹅毛状、棉絮状，轮廓不清楚。加水膨胀或呈浆糊状质纯白色/灰白色，含杂质呈黄色、桃红色、灰绿色等。致密块状呈蜡状光泽，疏松土状光泽暗淡。硬度1～2，相对密度2～3。常与未变化的火山玻璃一同产出蒙脱石（微晶高岭石）的结构蒙脱石是一种粘土类矿物，属单斜晶系，空间群C2/ma；理论化学式为Al2[Si4O10](OH)2·nH

2O；晶胞参数a=0.515nm，b=0.894nm，c=1.520nm，=90o；单位晶胞中Z=2。实际化学式为(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2·（Nax·nH

2O），式中x=0.33，晶胞参数a0.532nm，b0.906nm，c的数值随含水量而变化，无水时c0.960nm。水分子也易渗透进入层间，使晶胞c轴膨胀，随含水量变化，由0.960nm变化至2.140nm，因此，蒙脱石又称为膨润土。Montmorillonite

was described

in

1847

for

an

occurrencein

Montmorillon

in

the

departmentof

Vienne

,

France（3）伊利石族/水云母族伊利石★★、海绿石★2：1型结构单元层伊利石色可达二级偏光显微镜下弯曲叶片状，低—中正突起，扫描电镜下圆滑鳞片状或带尖角和直边的片状伊来石(Illite)该矿物第一次在1937年发现于(Illinois)，故以此地名伊利诺伊州夏2井，4405.69m，T1b

，粒间、粒表片状伊利石，放大倍数3170沙1井，5452.34m

，T1b

，次生孔隙内丝状伊利石，放大倍数3000（4）绿泥石族2：1：1型结构单元层2：1结构单元层再叠置和连接一个八面体层。叶绿泥石★★★、鲕绿泥石★、铁绿泥石绿色集合体针叶状、玫瑰花状叶绿泥石最常见--辉石、角闪石、石榴石、长石等的蚀变产物鲕绿泥石--沉积铁矿的重要组成部分，与菱铁矿、黄铁矿、菱锰矿等共生——<200m米的温暖浅海，水温20℃。沙1井，5452.34m

，T1b，粒间针叶状、绒球状绿泥石，放大倍数3500沙1井，5452.34m

，T1b

，粒间高岭石与绿泥石，放大倍数3000沙1井，5454.55m

，T1b

，粒表绿泥石与粒间高岭石，放大倍数

3500（5）混层粘土矿物两种或两种以上不同类型的粘土矿物结构单元叠置而成有序（规则）混层伊—蒙有序混层、绿—蒙有序混层无序（不规则）混层伊—蒙无序混层、绿—蒙无序混层、伊—蒙—绿无序混层夏2井，4348.61m，T1b

，粒间叶片状绿泥石与石英，放大倍数

4000夏2井，4348.61m，T1b，叶片状绿泥石与丝状C/S混层，放大倍数2500夏2井，4405.69m，T1b，粒间片状C/S混层，放大倍数

5790沙1井，5452.34m

，T1b

，粒间针叶状绿泥石，放大倍数4000夏2井，4347m，T1b，粒间片状绿泥石与片状c/s混层，放大倍数3000夏2井，4347m，T1b

，溶蚀孔中针叶状绿泥石，放大倍数4000层链状粘土矿物的晶体结构What

is

Sepiolite?粘土矿物分析差热分析热重分析X-衍射分析扫描电镜分析能谱分析五种主要粘土矿物类型的X射线衍射曲线某些重要沉积矿物的差热分析曲线粘土矿物成因机械方式：母岩风化而成★★化学方式：自生粘土矿物★将粘土岩归为细碎屑岩疏松或未固结成岩者——粘土固结成岩者——粘土岩/泥质岩/泥状岩（纹层厚度小于1cm的有无页理——泥岩和页岩水平层理）不同粘土矿物的形成条件高岭石族粘土需要酸性淋滤的条件，不能形成于海相环境中贝得石（富铝的蒙皂石）也不能形成于富镁的海水中绿泥石和蒙脱石形成于淋滤作用有限并有镁离子供应（并有较少的铁和钙）的碱性条件下基性岩石的特征产物。大多数沉积绿泥石是成岩作用的产物，由蒙脱石转变而来，但也可由铁镁矿物转变而来伊利石形成于有钾离子供应的环境。来自钾长石和云母之类矿物的分解伊利石是酸性火成岩或变质岩的风化作用或成岩作用的特征产物海绿石是伊利石族的粘土矿物，是水解作用或成岩作用的产物，形成于有钾离子（例如来自海水）和铁离子存在的环境中粘土矿物来源老沉积岩再旋回的产物风化作用初期或成岩作用过程中硅酸盐矿物的次变产物成岩过程中直接从水溶液或悬浮物中沉淀粘土矿物在成岩作用过程中的互相“转变”非粘土矿物陆源碎屑矿物石英、长石、云母、少量的重矿物单晶圆度差边缘模糊，不纯粘土岩化学沉淀的自生矿物一般含量不到5%Fe、Mn、Al的氧化物和氢氧化物、碳酸盐、氧化硅、硫酸盐、磷酸盐、氯化物、硫化物等。有机物——生油母质煤、腐殖质、沥青质等有机物质有机质的丰度：剩余有机碳含量

氨基酸总量氨基酸总量/剩余有机碳氨基酸/剩余有机碳比值低－有机质丰度高，为良好的生油岩。这种环境对硫化铁的生成也是有利的Corg<6%湖相泥岩Corg

6－40%炭质泥岩粘土岩的化学成分SiO2、A12O3及H2O，总量可达80％以上其次为Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O等粘土岩化学成分变化主要取决于矿物成分、混入物、吸附的阳离子类型及含量如高岭石粘土岩富含A12O3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含量高粘土矿物常吸附各种离子PO4

、SO4

、Cl

、NO33-

2-

-

-Ca2+、Mg2+、Na+、K+、H+及Cu2+、Pb2+、Zn2+、B3+、Au+、Ag+、Hg2+、As3+、Th4+、U4+等粘土岩的化学成分与沉积环境有一定关系淡水粘土中高岭石含量较高，K2O、MgO含量低于海相或泻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粘土沉积物的沉积后变化压实作用粘土矿物的转化脱水作用压实作用孔隙水排出沉积时的条件是一个重要的影响因素粘土矿物颗粒的粒度也是重要的垂直压力、侧向分压共同起作用压实作用（孔隙度降低、体积减小）粘土岩沉积物(粘土物质)粘土矿物的转化作用结核是典型的早期成岩作用的形成物。广泛地分布在海相页岩中。根据结核与围岩的关系，可以区分出：由一种成岩矿物充填孔隙空间所形成的结核作为晶体生长的结果，由沉积物的机械置换所产生的结核由围岩的交代置换所产生的结核埋藏过程珍珠陶土通常900

1100(800

1400

C)地开石（1100

1600）⒈高岭石的转化高岭石蒙脱石、伊利石和绿泥石高岭石类粘土矿物控制因素：埋藏深度、温度、压力、pH值、离子浓度高岭石的转化高岭石类的粘土矿物在埋臧成岩过程转变为蒙脱石、伊利石或绿泥石2.蒙脱石的转化蒙脱石

绿泥石

绿泥石蒙脱石

蒙脱石

伊利石

伊利石蒙脱石2

20Fe

,Mg

存在100

130

，1200

3500mK

/I

接近正常海水注意：蒙脱石向伊利石或绿泥石转化的重要条件是孔隙水为碱性介质。如果孔隙水为酸性，蒙脱石则将向高岭石转化。伊利石的转化绿泥石的转化伊利石和绿泥石在埋藏成岩过程中，若孔隙水保持碱性，二者可保持稳定而不发生转化。随着埋深的增加，地温之增高，二者结晶程度增加。因此，它们可以作为埋藏成岩过程中重结晶作用强度的指示剂。若孔隙水呈酸性，伊利石和绿泥石均不稳定，并且可以转化为高岭石。伊利石和绿泥石的这种逆向转化是一种退变作用，常出现于表生成岩环境粘土矿物的脱水作用孔隙水存在于粘土沉积物颗粒间的孔隙中，可以或

水吸附水流动，又称粒间水由粘土颗粒表面的吸附作用而形成在颗粒表面的水化薄膜，又称薄膜水层间水以水分子形式存在于粘土矿物晶体结构单元层之间的水，也称结晶水结构水以OH的形式出现于粘土矿物晶体结构

，也称为化合水根据伯斯特(l969)的研究，蒙脱石转化过程中的脱水作用可划分为三个阶段∶l000～l500m以内，主要由压实作用脱去孔隙水和过量的层间水(多于两层的)。>1500m，地温60～130℃，主要是热力作用脱去残留层间水而转化为混层粘土矿物。埋深>2700m，这一阶段因埋深继续增加和地温的继续升高，蒙脱石脱去最后一层残余层间水。最终转变为非混层的伊利石。三、粘土岩的结构（一）根据颗粒的相对含量划分粘土结构/泥质结构粘土>90%。岩石滑腻，手捻或牙齿咀嚼感觉不出颗粒存在。常呈鱼鳞状或贝壳状断口。含粉砂粘土结构粉砂质粘土结构含砂的粘土结构粘土>75%，粉砂10～25%；粘土=75～50%，粉砂25～50%；粘土>75%，砂10～25%；砂质粘土结构

粘土=75～50%，砂25～50%；按粘土质点和粉砂（砂）相对含量划分的粘土岩结构类型粘土及粉砂(砂)含量结构类型粘

土%粉 砂(砂)%粘土结构含粉砂(砂)粘土结构粉砂(砂)质粘土结构>9075~9050~75<1025~1050~25（二）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，仅见于水铝英石质岩石中。2.隐晶质结构★★★偏光镜下难以识别粘土矿物晶形3.显微晶质结构粘土矿物因重结晶而变大，偏光镜下可识别晶形4.粗晶结构粘土矿物因强烈重结晶而呈粗大晶体鲕粒及豆粒结构粘土矿物在沉积过程中围绕

凝聚呈同心环状颗粒，直径<2mm者称鲕粒，>2mm者称豆粒。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。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。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。四、粘土岩的构造（一）宏观构造无波痕成因构造水平层理

水平细纹层厚度小于1cm者称为页状层理或页理，页理发育——页岩，页理不发育——泥岩。水平细纹层的厚度小于1mm者称为纹理，也是较常见的粘土岩构造。生物扰动构造、生物遗迹同生变形构造

泥火山、水下滑动等（二）微观构造粘土岩的颜色红、紫、褐黄、灰绿、灰黑、黑色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+/Fe2+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+离子所致，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、黑色大多是岩石中富含有机质和分散状低价的硫化物（如黄铁矿）所致，为还原或强还原环境中形成的粘土岩的分类及主要类型固结程度岩石名称结构及成分未-弱固结（未重结晶）固

结（未-中等重结晶）强固结（重结晶矿物>50%）无页理有页理结构（粉砂或砂含量）<10%粘土泥岩页岩泥板岩10~25%含粉砂（砂）粘土含粉砂（砂）粘岩含粉砂（砂）页岩25~50%粉砂（砂）质粘土粉砂（砂）质粘土岩粉砂（砂）质页岩粘土矿物成分50%高岭石高岭石粘土（高岭土）高岭石泥岩高岭石页岩蒙脱石蒙脱石粘土（膨润土）蒙脱石泥岩蒙脱石页岩伊利石伊利石粘土伊利石泥岩伊利石页岩海泡石海泡石粘土海泡石泥岩海泡石页岩高岭石