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页岩的基本特征和研究方法 贺振宇 南京大学 地球科学与工程学院 2010年5月28日 粘土岩 l 粒径50%)组成， 并含大量粘土矿物的沉积岩。 陆源碎屑物质，机械沉积泥质岩 铝硅酸盐矿物，胶体沉积成因粘土质岩 2 粘土岩的结构分类 固结和 重结晶程度 粉砂含量 50% 泥板岩 3 页岩（Shale） l 是一种沉积岩，由鳞片状的粘土矿物和泥质粉砂质 的石英、云母等其他矿物碎屑组成，成分复杂，显微 镜下呈粉砂泥质结构。发育特征的厚度小于1cm的薄 页状或薄片层状的层理（页理）。泥岩与页岩具有类 似的组成，但不具页岩的易裂性。抵抗风化的能力弱 ，在地形上往往因侵蚀形成低山、谷地。 常山黄泥塘奥陶纪土黄色页岩 页理是鳞片 状的粘土矿 物在压实作 用过程中平 行排列而成 4 化学成分 l 不同的页岩，化学成分指标不一样，自然界 存在的页岩，其化学成分含量变化比较大。一 般：SiO2含量45%80%；A12O3量12%-25%， Fe2O3含量2%-10%，CaO含量0.2%-12%，MgO 含量0.1%-5%。 5 矿物成分 l 粘土矿物： 高岭石、多水高岭石、蒙脱石、伊利石 构成岩石中10%），黑棕色， 浅黄褐色等，层理发育，燃烧有沥青味 l 硅质页岩：含有较多的玉髓、蛋白石等，SiO2含 量在85%以上 l 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 l 钙质页岩：含CaCO3，但不超过25%，否则过渡泥 灰岩类 （馒头组） l 砂质页岩：混入一定砂质成分 7 主要粘土矿物 l 高岭石： 晶体细小，0.010.001mm，重结晶后可达1mm 。集合体呈白色土状；二轴晶，负光性。透射 电镜下呈六边形鳞片状晶体；扫描电镜下，片 状高岭石叠置呈六方柱状。 l 多水高岭石 外貌呈白色致密块状集合体，有时带淡蓝、淡 绿色调。电子显微镜下呈管状。 8 l 蒙脱石 偏光显微镜下，呈细鳞片状，二轴晶，负光性 。 透射电镜下呈它形片状，一般聚集成团。扫描 电镜下，呈鳞片状，集合体呈棉絮状、弯曲片 状、羽毛状。 l 伊利石 也叫水云母，偏光镜下呈鳞片状、羽毛状集合 体。无色，有时带浅绿或浅黄褐色，干涉色达 二级顶部。透射电镜下，呈不规则鳞片状晶体 或边界圆滑的等度片状。在扫描电镜下，呈层 片状排列或弯曲片状。 l 混层粘土矿物：两种粘土矿物按不同比例 堆砌而成，最常见是伊利石/蒙脱石混层；蒙 脱石/绿泥石混层 9 粘土矿物的实验室研究方法 l X射线衍射分析 依据是单位构造层所形成的底面（001）的面 网间距d001及次级衍射峰d002、d006 样品分为定向样品和非定向样品 更好区分不同种属的粘土矿物，对粘土矿物进 行各种处理： Mg2+-甘油饱和：鉴别蒙脱石 K+饱和：鉴别蒙脱石 HCl加热：去除绿泥石 高温处理：鉴别绿泥石和伊利石（不变化） 10 l 红外吸收光谱分析 l 差热分析 11 扫描电镜及电子探针 矿物名称 化学分子式单体形态集合体形态 高岭石Al4(Si4O10)(OH)8六方片状书页状、 蠕虫状 蒙脱石(Mg,Al)2(Si4O10) (OH)24H2O 卷曲片状棉朵状、絮 状 伊利石K,Al(AlSi3)O10 (OH)2nH2O 刀片状菊花状、片 堆状 绿泥石含FeMgAlOH 的层状硅酸盐 竹叶状落叶状 12 13 粘土矿物测试数据的应用 用于沉积环境、物源、成岩作用、埋藏历史 的研究 l 粘土矿物成分的埋藏深度 和地层顺序的分析； l 粘土矿物转化温度分析； l 粘土矿物结晶度分析； 14 页岩的使用 页岩陶粒： l 陶粒混凝土：利用页岩陶粒做为轻集骨架料，掺 入陶砂、矿渣或煤灰等工业废渣，采用水泥做为胶凝 材料，产品具有体轻、保温、节能等特点。 l 管道保温、炉体保温隔热、保冷隔热和隔音吸声 等其他建筑材料； l 农业和园林中的无土基床材料及滤水材料。 陶粒混凝土 陶粒 15 陶粒应用知识 l 陶粒的外观特征大部分呈圆形或椭圆形球体，但也有一些 仿碎石陶粒不是圆形或椭圆形球体，而呈不规则碎石状.陶粒 形状因工艺不同而各异。它的表面是一层坚硬的外壳，这层 外壳呈陶质或釉质，具有隔水保气作用，并且赋予陶粒较高 的强度。陶粒的粒径一般为525mm。陶粒一般用来取代混凝 土中的碎石和卵石。 l 粘土陶粒：以黏土、亚黏土等为主要原料，经加工制粒， 烧胀而成的，粒径在5mm以上的轻粗集料。 l 页岩陶粒：以黏土质页岩，板岩等经破碎、筛分，或粉磨 后制球，烧胀而成的粒径在5mm以上的的轻粗集料，主要用 途是生产轻集料混凝土小型空心砌块和轻质隔墙板。 l 陶粒按密度分为3类： 一般密度陶粒：密度大于500kg/m3。强度相对较高，用于结 构保温混凝土和高强混凝土； 超轻密度陶粒：300500k