沉积岩石学第7章.ppt

1、关于砂岩实习课和实习报告的评述,95,75,硅质胶结和黏土基质,第七章 泥质岩（粘土质岩） 第一节 概述 由粘土矿物及粒径小于0.0039mm的细碎屑（8）组成。 泥质岩是沉积岩中分布最广的一类岩石，约占沉积岩总体积的55。构成泥质岩的最主要矿物为粘土矿物，多系母岩风化产物，以悬浮方式被搬运到水盆地中沉积形成；部分粘土矿物由胶体SiO2及Al2O3形成和火山灰蚀变产生。所以，这类岩石主要由机械作用形成，也是化学、生物化学作用。 粘土岩具有一些特殊的物理性质，如可塑性、耐火性、烧结性、吸附性，使之在工农业方面有广泛的用途，如化工上某些粘土作为填料、催化剂等。制橡胶、分子筛、提炼油等。农业上作为肥

2、料、改良土壤、制做饲料等。另一方面，在黑色页岩及碳质页岩中发现了一些含稀有元素矿床。此外，泥岩还可成为生油母岩，也是重要的油气藏的盖层岩石。因此，研究泥质岩具有重要的实际意义。,第二节 泥质岩的主要物理特性及其在工业上的用途,第三节 泥质岩的物质成分 泥质岩的物质成分比较复杂，主要是粘土矿物，其次是陆源碎屑矿物和自生的非粘土矿物。 一、粘土矿物 泥质岩中分布最广的是伊利石，其次为蒙脱石、绿泥石、高岭石和各种混层粘土矿物。 粘土矿物是一种含水的硅酸盐或铝硅酸盐矿物。 （一）粘土矿物的晶体结构 粘土矿物的结构由两种基本结构层组成，即四面体层和八面体层。 1、四面体：是由一个Si（Al、Fe）与四个

3、氧紧密堆积所构成的四面体（SiO4）。,2、四面体层：是每一个硅氧四面均以三个角顶分别与相邻的硅氧四面体相连接，组成在二维空间内呈六角网连结及无限延展的层（Si4O10）。每一个硅氧四面体有三个角顶上的氧都是与相邻的硅氧四面体共有，它的电荷已达到平衡，（如有Al代替Si时例外），只剩下一个未被公用的O2-（有时被OH-所取代）才有自由负电荷存在，能与其它的阳离子相结合。由于（SiO4）所组成的层状结构有一定的排列形态，具有自由电荷。 3、八面体：是由一个Al3+（或Mg2+）与六个氧（或OH-）紧密堆积所构成的八面体。 4、八面体层：是上述八面体分别与相邻的八面体在二维空间内连接，无限延展而构

4、成的层。 在自然界中，四面体层不能独立存在构成矿物，而八面体层可以独立构成矿物。,5、结构层 是由四面体层与八面体层按不同的规律连结起来，所构成的晶体结构单元层。由一个四面体片与一个八面体片所组成的单位结构层称为11结构层或双层型结构；如果由两个四面体片中间夹一个八面体片称为21结构层或三层型结构。 每个硅氧六方环网孔的范围内，最多只能容纳三个配位八面体，因此当三个八面体位置均被二价阳离子占据时，便称为三八面体型结构；若全由三价阳离子填充时，必有一个位置是空缺，故称为二板面体型结构；如二价和三价阳离子共存时，则属于上述二者之间的过渡类型。 结构单元层与结构单元层之间存在有间隙，如果结构内部正负

5、电荷已达到平衡，则层间无需阳离子，如果尚未达到平衡（主要为Si4+Al3+），则需要一定数量的阳离子以补偿其电荷的不足。,6、结构分类 层状硅酸盐矿物可根据其层型（11或21），层间物质和其相互间的混合特征分为八个主要族，在根据八面体片（二八面体和三八面体）的化学组成和单个层内的几何性质还可进一步划分为亚族和种（表）。,7、过渡结构 粘土矿物的基本结构极为相似，在自然界中，随着物理化学环境的变化，粘土矿物甲可以变为乙，而在这种转化的过程中，存在一个过渡阶段，这个阶段的结构状态，我们称为转化过渡结构。这种过渡结构主要有： （1）21向11转化过渡结构，如伊利石向高岭石转化过渡结构。 （2）21与

6、相邻的21之间的转化过渡结构，如蒙脱石向伊利石转化过渡结构。 （3）层链状结构向层状结构转化过渡结构，如海泡石向滑石转化过渡结构。 这类过渡结构不管通过怎样的调整方式，甲矿物转化为乙矿物的过程都是在矿物“甲”中出现“乙”畴，随着“乙畴”的扩大和“甲”畴的缩小，直到全部转变为矿物“乙”。 （二）主要粘土矿物特征,常见粘土矿物蒙脱石、伊利石、绿泥石和高岭石。,泥质岩的主要矿物为粘土矿物,高岭石,高岭石薄片(蠕虫状),510-600度有一个显著的吸热谷，950-1000度有一个显著的放热峰，到1200-1300度还有一个微弱的放热峰,400-525度,蒙脱石,绒状、细鳞片状,90-250、550-7

7、50、800-900度三个吸热谷，900-1000度有一个不太明显的放热峰,伊蒙混层,不规则鳞片状,100-170、500-650、850-900度三个吸热谷，在925-1020度有一个放热峰,主要在400度以上,绿泥石,二、非粘土矿物，除粘土矿物外 1、细小陆源碎屑矿物：石英、长石、少量重矿物 2、自生的非粘土矿物：碳酸盐、硫酸盐（硝、石膏）、铁、锰、铝（氧化物和氨化物） 3、不定量的有机物：生物遗体化石、腐殖质,第四节 泥质岩的结构、构造 肉眼鉴定和描述的重要依据 一、泥质岩的结构,二、泥质岩的构造,2、泥质岩的结构,据粘土与碎屑相对含量： 、泥状结构 、含粉砂泥状结构 粉砂=5-25%

8、、粉砂泥状结构 粉砂=25-50% 、含砂泥状结构 砂=5-25% 、砂泥状结构 砂=25-50% 、据粘土矿物的结晶程度： 、非晶质结构 、隐晶质结构 、显晶质结构鳞片、粒状、纤维状 、粗晶结构蠕虫高岭石,宏观构造 、层理水平层理，块状层理,、页理页岩,、干裂、雨痕、 虫孔、结核 微观构造 、鳞片构造 、毡状构造纤维状交织分布 、定向构造片状定向排列,第五节 泥质岩的分类与主要类型,一、泥质岩分类,二、泥岩主要类型,伊利石粘土岩 粘土矿物主要为伊利石，其次有蒙脱石、伊/蒙混层。具鳞片状、毡状构造。 产于各种大陆、海洋的低能环境。地质时代愈老伊利石含量越高。 高岭石粘土岩 粘土矿物主要为高岭石

9、。 形成方式有两种： 、残积形成潮湿、酸性介质中，硅酸盐风化残积。 、沉积形成沼泽、近海、泻湖中化学沉积形成，与煤系地层有关。,蒙脱石粘土岩斑脱岩 粘土矿物主要为蒙脱石，吸水性强。 形成方式： 、残积型火山喷发物质在碱性介质中水解形成 、沉积型湖泊、岛弧附近，与火山活动有关。 泥岩与页岩 常见有：、钙质、铁质、硅质泥岩与页岩 、碳质页岩与黑色页岩前者为碳质引 起，后者含有机质与FeS。 、油页岩干酪根超过10%的页岩,斑脱岩薄片,高岭土,泥岩,黏土,黑色泥岩,硅质泥岩,炭质页岩,铁质页岩,第六节 泥质岩的成岩后生变化 泥质沉积物沉积之后，经成岩作用，无论在成分上、结构上及构造上均有极大变化，而

10、且也涉及到许多矿床如石油的形成及运移。泥质岩中的成岩作用主要是通过下列作用和变化。,一、压实作用 新沉积的粘土矿物（多为片状）沉积物，呈絮凝团，孔隙度可达70，随着埋藏深度的增加，在上伏水体和沉积物的负荷压力下，通过质点重新排列（使片状质点趋于平行排列）、变形或破裂，不断排出水份，结果使孔隙度连续降低。所以它要比砂岩更易压实。,压实作用是泥质岩中最重要的成岩作用，压实作用对泥质岩主要在两个方面即孔隙减小、排出水和矿物定向排列，也就是说它不仅使泥质沉积物固结成岩，而且使岩石的成分、结构和物性都发生变化,二、粘土矿物的变化 粘土矿物是一个多敏感性的矿物，它随着埋藏深度的加大、压力的加大、地温的增高

11、和物理化学环境（Ph、离子浓度）的变化，使粘土矿物的层间水、结构水以及层间阳离子移出，都会使粘土矿物晶体结构与成分产生变化，即粘土矿物的转化，而这种变化往往是有一定规律，反映着成岩强度的变化。例如韦弗测定了美国各个地质时代泥岩中粘土矿物的分布，发现地质时代愈老，伊利石和绿泥石的含量增加，而高岭石和蒙脱石则相应地减少，这反映了泥质沉积物中粘土矿物在埋藏成岩作用中的主要变化趋势。,1、高岭石：埋藏成岩作用能引起高岭石类粘土矿物的转化或消失。 随着埋深的增加和温度的增高，如果孔隙水为酸性介质，高岭石重结晶或转化为地开石，如果孔隙水为碱性介质并有K+离子存在，高岭石转化成伊利石，如有Ca2+、Na+或

12、Mg2+离子则转化成蒙脱石或绿泥石。 2、蒙脱石：蒙脱石是一种典型的以水合阳离子及水分子作为层间物的21型粘土矿物，它随着埋藏深度的增加，温度升高，压力增大，将有一部分层间水失掉，形成混层过渡粘土矿物。,3、伊利石和绿泥石：伊利石和绿泥石在埋藏成岩过程中，若在酸性孔隙水内，二者均不稳定，将转变为高岭石；若在碱性孔隙水内，二者在重结晶作用下使晶粒增大。 三、粘土矿物的脱水作用 粘土矿物是含水层状硅酸盐矿物，在粘土矿物内有三种状态的水：即吸附于颗粒表面的吸附水、存在于粘土矿物晶体层间的层间水以及以OH-形式存在于晶体结构内部的化合水（结构水）。随着沉积物埋藏深度的增加，在上伏地层的压力下，粘土矿物所含水和孔隙水