第八章 粘土巖類

第八章粘土巖類第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三粘土巖（泥質(zhì)巖）：粒度＜0.005mm，主要由粘土礦物組成的巖石。系機械作用形成的最細的產(chǎn)物。特點：1、粘土巖主要組分來自風化產(chǎn)物，并以懸浮方式搬運，機械方式沉積，多屬陸源碎屑沉積巖。由匯水盆地中SiO2和Al2O3膠體凝聚作用形成自生粘土礦物的化學方式，以及火山碎屑物質(zhì)蝕變形成的粘土礦物，在粘土巖中所占比例較少。2、分布最廣，占沉積巖總量的55～60%。3、粘土巖具一些特殊的物理性質(zhì)，如可塑性、耐火性、燒結(jié)性、吸水膨脹性、吸附性等，在工業(yè)上用途很大。4、有機質(zhì)含量很高，可以作為生油母巖，也是重要的油氣藏蓋層巖石，泥巖裂縫油氣藏。5、富集稀有元素和稀土元素，形成工業(yè)礦床，如黑色頁巖和碳質(zhì)頁巖中鎳、鉬、釩、鉛、鉑、鈰、釔等。6、吸附的微量元素可判斷古環(huán)境和古氣候。一、概述2第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三黑色頁巖3第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三香港地質(zhì)公園東平洲的頁巖4第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三1.可塑性：粘土質(zhì)巖粉碎后加適當?shù)乃?，受壓后可塑制成一定的形體，在壓力取消后，形態(tài)不變。2.耐火性：是指在高溫下不熔融的性能。3.燒結(jié)性：指粘土礦物在低于耐火度的低溫下局部熔化，因而質(zhì)點相互粘結(jié)成堅硬的陶質(zhì)石塊。4.結(jié)合性：粘土與砂質(zhì)粘合，塑造出良好的泥坯，干燥后形成堅硬生坯的性能。5.干縮性：粘土沉積物風干或加熱燒干后，由于質(zhì)點表面結(jié)合水分的蒸發(fā)，而產(chǎn)生體積收縮的現(xiàn)象。6.吸附性：粘土質(zhì)點能從周圍介質(zhì)中吸附各種氣體、液態(tài)及有機質(zhì)色素的能力。7.吸水性：有些粘土具有極強的吸水能力，同時產(chǎn)生體積膨脹。以蒙脫石吸水性最強。*粘土巖的主要物性5第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三脫水收縮的炭質(zhì)泥巖6第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三二、粘土巖的成分1、粘土礦物（主要）：高嶺石、蒙脫石、伊利石、綠泥石，見下表2、陸源碎屑物質(zhì)：石英、長石、云母3、化學沉淀的非粘土物質(zhì)（自生礦物）：鐵、錳、鋁的氧化物和氫氧化物（赤鐵礦、褐鐵礦、水針鐵礦、水鋁石），碳酸鹽（方解石、白云石、菱鐵礦），氧化硅（蛋白石、自生石英），硫化物（黃鐵礦、白鐵礦），硫酸鹽（石膏、硬石膏），磷酸鹽、硅酸鹽及鹽類礦物。4、有機質(zhì)：如煤、腐殖質(zhì)、瀝青質(zhì)及生物遺體等。非粘土礦物粘土巖的化學成分主要為SiO2、Al2O3和H2O，加上吸附離子的成分，但變化較大。7第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三產(chǎn)于頁巖中的化石8第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三三、粘土巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和顏色

1、粘土巖的結(jié)構(gòu)（1）根據(jù)粉砂、砂等陸源碎屑顆粒的相對含量劃分9第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三（2）依粘土礦物集合體的形狀劃分1）膠狀結(jié)構(gòu)：由凝膠老化形成，可見脫水形成的裂隙、貝殼狀紋等。2)鮞粒及豆粒結(jié)構(gòu)：粘土礦物在沉積過程中圍繞核凝聚呈同心環(huán)狀顆粒（具核心和同心層結(jié)構(gòu)），直徑小于2mm者稱為鮞粒，大于2mm者稱為豆粒。這兩種結(jié)構(gòu)多見于膠體成因的鋁土質(zhì)和水鋁石質(zhì)粘土巖中。3)礫狀及角礫狀結(jié)構(gòu)：泥質(zhì)沉積物由于同生期沖刷形成的碎屑（泥礫）經(jīng)再沉積后又被粘土膠結(jié)而成，也叫同生碎屑或內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)。10第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三2、粘土巖的構(gòu)造

（1）層理構(gòu)造①水平層理：細層厚多為0.05-1mm。頁理：水平細層的厚度小于1mm者稱之，是泥巖的特征構(gòu)造，是巖石平行層理呈薄片狀劈開的性質(zhì)，是由于粘土礦物的定向排列造成的。頁理發(fā)育的粘土巖稱頁巖，頁理不發(fā)育的粘土巖泥巖。②塊狀層理：多數(shù)被認為是生物擾動成因的。（2）各種層面構(gòu)造（如干裂、雨痕、蟲跡、結(jié)核、晶體印痕）；（3）水底滑動構(gòu)造、攪混構(gòu)造等。11第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三頁理12第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三頁理13第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三3、粘土巖的顏色主要是指原生色，能反映生成環(huán)境。影響粘土巖顏色的主要因素：粘土礦物成分、有機質(zhì)、黃鐵礦含量、鐵離子狀態(tài)等。1）紅色、紫紅色：粘土礦物顆粒間或表面存在分散狀的高價氧化鐵（Fe3+）薄膜，強氧化環(huán)境；2）綠、灰綠色：伊利石晶格中含F(xiàn)e2+，或粘土巖中存在綠泥石、海綠石，為弱氧化——弱還原環(huán)境；3）灰色、灰黑、黑色：富含有機碳和分散狀低價鐵硫化物，（半）深湖/海、海灣、瀉湖、濱外陸棚等還原或強還原環(huán)境中形成，常是生油粘土巖的標志之一。富有機質(zhì)的暗色粘土巖是良好的生油母巖。14第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三四、粘土巖的分類及主要巖石類型15第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三

常見巖石

鈣質(zhì)泥巖和頁巖——泥（頁）巖中含碳酸鈣（<50%），滴稀鹽酸起泡沫。

鐵質(zhì)泥巖和頁巖——含三價鐵的時泥巖呈紅色、褐紅色。含二價鐵的硅酸鹽或硫酸鹽礦物時呈灰綠色。紅色泥頁巖一般生成于陸相干旱和半干旱氣候的河湖相中。

硅質(zhì)泥巖和頁巖——普通頁巖的Si2O平均含量60%，而硅質(zhì)泥頁巖Si2O平均含量可達85%以上。一般認為硅質(zhì)泥頁巖與生物有關(guān)，與海底熱水作用有關(guān)。

炭質(zhì)頁巖——含大量炭化有機質(zhì)，灰分＞30％，能染手，常含大量植物化石，常與煤系地層共生，成于湖、沼環(huán)境。

黑色頁巖——因富含有機質(zhì)或細分散狀硫鐵礦而呈黑色，有機碳含量高，不染手。是良好的生油巖。一般成于缺氧、富含H2S的較閉塞海灣和湖泊的較深水地區(qū)。16第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三硅質(zhì)頁巖17第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三產(chǎn)植物化石的炭質(zhì)頁巖18第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三產(chǎn)植物化石的黑色頁巖黑色頁巖露頭19第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三油頁巖

是含有一定數(shù)量干酪根(＞10％)的頁巖。顏色有淺黃、黃褐、暗棕、棕黑、黑色等，一般含有機質(zhì)愈多，顏色愈深。其特點是比一般的頁巖輕，且有彈性，用小刀刮之，往往可成刨花狀的薄片。易燃，并發(fā)出瀝青味及流出油珠。屬頁巖的范疇，但具有腐泥煤的特征，也叫“高灰分的腐泥煤”。主要是在閉塞海灣或湖沼環(huán)境中由低等植物如藻類及浮游生物的遺體，在隔絕空氣的還原條件下形成的，常與生油巖系或含煤巖系共生。燃燒著的油頁巖20第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三五、粘土巖的研究方法及其意義（一）研究方法1、野外收集資料（肉眼鑒定、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、產(chǎn)狀、巖層的接觸關(guān)系等）2、室內(nèi)工作①物理性質(zhì)測試（可塑、耐火、燒結(jié)、吸水、膨脹、吸附等性質(zhì)）②偏光顯微鏡鑒定、電子顯微鏡鑒定③差熱分析④粒度分析、油侵測定等（二）研究意義1、粘土巖是重要的生油巖，是良好的蓋層，甚至還可作為油氣的儲集層，具有石油地質(zhì)意義。2、有助于沉積巖成因、沉積環(huán)境分析。3、粘土巖獨特的物理性質(zhì)（如非滲透性、吸附性、吸水膨脹性、可塑性、耐火性、燒結(jié)性、粘結(jié)性、干縮性等）具有獨特作用，產(chǎn)生經(jīng)濟價值。4、有些黑色頁巖和碳質(zhì)頁巖還含有一些稀土元素，這就使粘土巖具有更廣泛的工業(yè)使用價值。5、粘土巖是重要的地下水隔水層。21第21頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三22第22頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三六、碎屑巖與粘土巖的肉眼觀察與描述（一）碎屑巖類1、顏色2、碎屑巖的構(gòu)造（層狀）3、碎屑巖的結(jié)構(gòu)①分出碎屑物，測量其顆粒大小；②估計每種粒級的百分含量；③按結(jié)構(gòu)命名原則定出結(jié)構(gòu)名稱。4、碎屑巖的組成①分出碎屑物和填隙物（雜基、膠結(jié)物）②指出碎屑物以何種狀態(tài)出現(xiàn)，以什么成分為主，分別估計其含量③觀察碎屑物的磨圓度和分選性④觀察填隙物組分（雜基或膠結(jié)物）并指出以哪種成分為主，估計其含量⑤其他特征23第23頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三5、確定巖石名稱（二）粘土巖類1、顏色（黃、紅、灰、黑等）2、構(gòu)造（層狀、頁理狀、塊狀）3、結(jié)構(gòu)（泥質(zhì)結(jié)構(gòu)或據(jù)砂和粉砂含量按結(jié)構(gòu)命名要求定出結(jié)構(gòu)名稱）4、粘土巖的組分①因顆粒細小，不易確定粘土礦物中的哪一種礦物，可統(tǒng)稱粘土礦物即可；②根據(jù)粘土巖的細膩感或粗糙感，大致確定其粘土礦物或砂或粉砂的含量。5、確定巖石名稱（三）課堂練習1、某巖石