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1、第八章 粘土岩,第一节 概述 第二节 粘土岩的物质成分 第三节 粘土岩的结构、构造、颜色 第四节 粘土岩的分类和沉积后变化,本章重点 、粘土岩的概念 、粘土岩的类型及特征 、粘土岩的成岩作用类型,第一节 概述,粘土 粘土岩 粘土矿物 粘土岩的作用：重要的生油岩，良好的盖层，还可作为油气的储集层。,第一节 概述 、定义 粘土岩是指以粘土矿物为主(含量50%)的沉积岩（狭义）。疏松或末固结成岩者称为粘土。 粘土岩是主要由粒径50%）组成的沉积岩（广义）。 粘土岩的粒度组分都很细小，主要是因为粘土矿物的粒径细小。粘土矿物的粒径一般50%的碎屑岩就是粘土岩。,、粘土矿物成因： (1)机械方式：来自母岩
2、风化的产物，以悬浮方式搬运，以机械方式沉积而成，占大多数。 (2)化学方式：由汇水盆地中SiO2和Al2O3胶体的凝聚作用形成的自生粘土矿物，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。 据成因机理，将粘土岩归为细碎屑岩 。,3、研究意义 (1) 分布最广，约占沉积岩总体积的5560%。 (2) 石油地质意义:重要的生油岩，良好的盖层，还可作为油气的储集层。可分析沉积岩成因、沉积环境分析，吸附的微量元素可判断古环境和古气候。 (3)工业用途：可塑性、耐火性、烧结性、吸水膨胀性、吸附性等。 (4)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
3、、钇等。,第二节 粘土岩的物质成分,粘土岩的物质成分有： 粘土矿物 陆源碎屑物质 化学沉淀的非粘土物质 有机质 化学成分：以SiO2，Al2O3和H20为主，次为Fe、Mg、Ca、Na、K的氧化物及一些微量元素。,一、粘土矿物 粘土矿物是含水的硅酸盐或铝硅酸盐矿物，分非晶质和结晶质两类。 结晶质粘土矿物具有层状和链层状两种结构类型，以层状结构粘土矿物最常见。 层状结构的粘土矿物由两种基本结构层组成：硅氧四面体层、铝/镁氧八面体层，在铝氧八面体中，Mg2+、Fe3+等可置换Al3+。,一、粘土矿物,粘土矿物是一种含水的硅酸盐或铝硅酸盐。 粘土矿物,Si-O四面体及al(Mg)-(O,OH)八面体
4、结构示意图,高岭石1:1型,蒙脱石2:1型,伊利石2:1型,绿泥石2:1:1型,一、粘土矿物 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“结构单元层”，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：分三种类型 (1) 1：1型 ； (2) 2：1型； (3) 2：1：1型,粘土矿物分类简表,主要粘土矿物的特征,1、：型（高岭石型） 1：1型 双层结构单元层由一层Si-O四面体和一层Al-(O-OH)八面体叠置组成。在高岒石族矿物中常见。 高岭石 单个晶体：六边鳞片状。 集合体：蠕虫状、手风琴状；,、 2：1型（蒙脱石型） 2：1型三层结构单元 两层四面体夹一层八面体层常见于
5、蒙脱石和水云母族矿物。 蒙脱石（胶岭石、微晶高岭石） 细鳞片状、鹅毛状、棉絮状，轮廓不清楚。 加水膨胀或呈浆糊状 伊利石（水云母） 弯曲叶片状，干涉色可达二级圆滑鳞片状或带尖角和直边的片状。,、 2：1：1型（绿泥石族） 2：1：1型结构单元层由2：1结构单元层再叠置和连接一个八面体层构成。常见于绿泥石族矿物。 绿泥石 绿色 集合体针叶状、玫瑰花状,层状结构的粘土矿物,链层状结构的粘土矿物（少见）,、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， 4347m，
6、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,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 ，粒间叶片状绿泥石与石英 ，放大倍数4000,夏2井， 4348.61m，T1b ，粒表蠕虫状高岭石 ，放大倍数3000,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,夏2井， 4405.69m，T1b ，粒间、粒表片状伊利石 ，放大倍数
7、3170,沙1井， 5452.34m ，T1b ，粒间针叶状绿泥石 ，放大倍数4000,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 ，次生孔隙内丝状伊利石 ，放大倍数3000,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3500,二、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 Fe、Mn、Al的氧化物和氢氧化物、碳酸盐、氧化硅、硫酸盐、磷酸盐
8、、氯化物、硫化物等。 一般含量不到5%,三、粘土岩的化学成分 主要： SiO2、Al2O3和H2O，三者可达80% 。 次要： Fe2O3、FeO、MgO、CaO、NaO、K2O 等。 粘土岩的化学成分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。 粘土矿物常具有吸附各种离子的特性 。 粘土岩的化学成分与沉积环境有一定关系。,四、有机物质 有机质：可做地化指标，保存要低Eh值的 还原环境。 生油岩：富含有机质（腐泥型）粘土岩。 油页岩：腐植型粘土岩,一、粘土岩的结构 1、按颗粒的相对含量划分,第三节 粘土岩的结构、构造、颜色,、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
9、见，仅见于水铝英石质的粘土岩中。 (2)隐晶质结构最为常见，在偏光显微镜下难以识别粘土矿物的晶形，电子显微镜下按晶形可分为超微片状、管状、纤维状、针状、束状、球粒状等各种结构。 (3)显晶质结构粘土矿物因重结晶而使晶体变粗，偏光显微镜下按粘土矿物晶形可分为显微鳞片、粒状、纤维状等结构。如高岭石重结晶可形成蠕虫状结构。,3、鲕粒及豆粒结构 粘土矿物在沉积过程中围绕核心凝聚呈同心环状颗粒，直径2mm者称豆粒。 4、内碎屑结构 同沉积粘土质碎屑经再沉积并被粘土物质胶结而成。 5、残余结构 可分为残余火山碎屑结构，残余斑状结构等。,二、粘土岩的构造 、宏观构造 各种层理（水平层理、块状层理）。 水平细
10、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。 各种层面构造（干裂、雨痕、虫迹等） 生物扰动构造、生物遗迹 同生变形构造 （水底滑动构造、搅混构造等）,2、显微构造 显微构造是在显微镜下才能见到的微观构造。 (l)显微鳞片构造：由极细小的、排列方向不规则的粘土矿物组成。 (2)显微毡状构造：由极细小的鳞片状、纤维状粘土矿物错综交织杂乱排列而成。在正交光下，纤体交错消光。 (3)显微定向构造为极细小的鳞片状或纤维状粘土矿物沿层面定向排列而成，正交光下同时消光。,三、粘土岩的颜色 粘土岩颜色与粘土岩所含的有机碳、
11、铁离子的氧化状态等因素有关： 1、红色、紫红色：分散状的高价氧化铁(赤铁矿、褐铁矿) 所致，是强氧化条件下形成的。 2、绿、灰绿色 ：离子或含海绿石所致，是弱氧化-弱还原环境下形成的。 3、灰色、灰黑、黑色 ：富含有机质和分散状低价铁的疏化物(如黄铁矿)所致 ，为还原或强还原环境中形成的。,三、粘土岩的颜色 原生色能反映生成环境。主要影响因素为粘土矿物成分、有机质和黄铁矿的含量、铁离子状态。 、暗色（主要是灰色、灰黑色、黑色） 强还原环境富含有机质和分散状低价铁的疏化物(如黄铁矿)所致。 、红色、紫红色 强氧化环境， 粘土矿物颗粒间或颗粒表面存在分散状的铁的氧化物（赤铁矿、褐铁矿）薄膜 、浅绿
12、色或灰绿色 弱氧化弱还原环境，伊利石的晶格中含有Fe2+，以及绿泥石、海绿石的存在,第四节 粘土岩的分类和沉积后变化,一、粘土岩的分类 1.单成分粘土岩 伊利石粘土岩，分布最广 高岭石粘土岩 蒙脱石粘土岩 2.复成分粘土岩 高岭石蒙脱石粘土岩,粘土岩的综合分类,第四节 粘土岩的分类和沉积后变化,二、粘土沉积物的沉积后变化 （一）、压实作用 粘土物质沉积后处于软泥状态，原始孔隙度高达，孔隙中饱含自由水。随着埋藏深度增加，在上覆水体和沉积物负荷的重压下，粘土质点将重新排列、变形或破裂，孔隙水不断排出，原始粘土沉积物孔隙度大大降低，体积缩小，最后被压实固结成为粘土岩。粘土沉积物在被压实的过程中，孔隙
13、度的减少和埋深的增加并非直线关系。,粘土沉积物埋深压实变化 (据Fuchtbauer,1978),(一)、压实作用 粘土沉积物在被压实的过程中，随着埋深增加，若处在一个较封闭的系统中，上覆沉积负荷在粘土岩中产生超孔隙压力，孔隙中的流体支撑了大部分以至全部上覆压力，骨架颗粒承受的压力大大降低，形成塑性可流动的“欠压实泥岩”。 刺穿、底辟。,（二）、粘土矿物的转化作用 随着埋深加大，压力和温度增高，以及粘土矿物层间水的释放和层间阳离子的移出，粘土矿物之间将发生转化作用。浅埋条件下，出现高岭石和蒙脱石，在深埋条件下，粘土矿物转化成伊利石和绿泥石。,（二）粘土矿物的转化作用,高岭石的转化 高岭石类粘土
14、矿物 蒙脱石、伊利石和绿泥石 控制因素：埋藏深度、温度、压力、pH值、离子浓度 高岭石,（二）、粘土矿物的转化作用 、高岭石的转化 高岭石类粘土矿物在埋藏成岩过程中的转化趋势是转变为 蒙脱石、伊利石和绿泥石。 控制因素：埋藏深度（温度、压力）、介质的地球化学环境（pH值、离子浓度）。 在埋藏过程中，高岒石（消失温度80-140 ,通常90-110) 将向同族矿物地开石(形成温度110-160) 、珍珠陶土转化。,深部钻探资料表明，高岭石转化消失更重要的是与介质的地球化学环境即pH值及离子浓度有关： 在酸性介质中，高岭石保持稳定，即使是温度升高、压力增大，也不会向蒙脱石、伊利石转化。 若pH值增
15、大。从酸性介质到碱性介质，高岭石的稳定性减小，若有K+离子存在，则转化为伊利石；若有Ca2+、Mg2+、Na+离子存在，则转化为蒙脱石或绿泥石。 一般情况下，随着埋深和介质pH值增加，溶液由酸性变为碱性，层间溶液浓缩，离子浓度加大，高岭石变得不稳定而发生转化。但是，深埋藏也可出现酸性介质，因此高岭石的稳定性有一定的深度范围。,2.蒙脱石的转化 必须指出： 1）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。 2）如果孔隙水为酸性，蒙脱石则将向高岭石转化。,2、蒙脱石的转化 温度在100-130 ，K+和H+比例接近正常海水时，蒙脱石转变为蒙脱石伊利石混层粘土（深度1200-3500m)
16、，进一步转变为伊利石。 如果有Fe2+、Mg2+存在，蒙脱石转变为蒙脱石绿泥石混层粘土，进一步转变为绿泥石。 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。 如果孔隙水为酸性，蒙脱石则将向高岭石转化。,、伊利石和绿泥石的转化 孔隙水呈碱性 ，二者不发生转化。随着埋深的增加，地温增高，二者结晶程度增加。因此，它们可以作为成岩过程中重结晶作用强度的指示剂。 孔隙水呈酸性，伊利石和绿泥石均不稳定，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。,、混层粘土矿物的转化 混层粘土为大多数粘土矿物转化的中间产物，常起着粘土矿物转化的指示剂作用。在成岩过程中，粘土矿
17、物层间某些阳离子组合和晶格重新排列，首先形成不规则（无序）混层，进而转化为规则（有序）混层。,各类粘土矿物在埋藏成岩过程中的转化综合示意图 （据H.F.肖，1980）,（三）粘土矿物的脱水作用 粘土沉积物中通常存在有四种水 1、孔隙水（粒间水、自由水）：存在于粘土沉积物颗粒间的孔隙中，可以自由流动。 2、吸附水 （薄膜水）：由粘土颗粒表面的吸附作用而形成的颗粒表面的水化薄膜。 3、层间水（结晶水）：以水分子形式存在于粘土矿物晶体结构单元层之间的水。 4、结构水（化合水）以OH-的形式出现于粘土矿物晶体结构内部。,（三）粘土矿物的脱水作用 根据伯斯特(l969)的研究，蒙脱石转化过程中的 脱水作
18、用可划分为三个阶段 1、第一阶段：l000l500m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)。脱水速度最快阶段。 2、第二阶段：1500m，地温60l30，主要是热力作用脱去残留层间水而转化为混层粘土矿物。 3、第三阶段：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。,思考题 1、试述粘土岩的一般特征及其主要物理性质？ 2、试列表说明粘土矿物的晶体化学分类？ 3、试述粘土岩的主要结构、构造特征及其形成条件？ 4、何谓自生色？何谓继承色？何谓次生色？试以粘土岩为例，说明各种自生色的产生原因？并说明自生色在岩相古地理研究中的重要意义？ 5、试述粘土岩与油气的关系？ 6、试述粘土岩主要成因类型及其特征，以及形成条件？,