第二章 第四节 粘土矿物自生与转化

2、高岭石
高岭石族粘土矿物包括高岭石，地开石和珍珠陶土3种矿物。高岭石 族矿物的晶体结构以高岭石为代表。高岭石由一层Si—O四面体和一层Al— （O—H）八面体组成。
3、蒙皂石 现代的用法趋向于建立1个蒙皂石族（Semetite）来代替过去的蒙脱
石族。 蒙皂石又分为蒙脱石（在八面体层中Mg代替Al）和贝得石（在四面
孔隙衬层
孔隙衬层或 孔隙充填 孔隙衬层或 孔隙充填 孔隙衬层
孔隙衬层
孔隙衬层
2-10
2-10 4-150 ， 通 常 4-20 8-40
0.1-10
2-12
2-12
特殊特征
锯齿状或港 湾状鳞片（双 晶？） 锯齿状或港 湾状鳞片（双 晶？） 锯齿状或港 湾状鳞片（双 晶？）
颗粒之间搭 桥 颗粒之间搭 桥 颗粒之间搭 桥
410、蒙皂石与高岭石 （霍6井，1647.02m，大磨拐河组，SEM）
371、粒间大孔隙，颗粒表面贴附蒙皂石 （贝16井, 1334.70m，兴安岭群,SEM）
394、粒间充填伊利石 （乌20井，2073.67m，南屯组，SEM）
395、伊利石贴附颗粒与充填孔隙 （乌20井，2077.09m，南屯组，SEM）
体层中Al代替Si）两个亚组。 蒙脱石有两个四面体层夹1个八面体层组成。
3、伊利石 伊利石并不是一种具体矿物。这个术语表示一组具有云母
构造的粘土矿物，过去称之为水云母。
二、如何区别自生与碎屑粘土矿物
1、识别手段 A 扫描电镜 B 电子探针 C 偏光显微镜 D x射线衍射分析（结晶度，伊利石） E 透射电子显微镜
H2O，Na+，Ca2+
蒙皂石
火山玻璃
＋H2O；—Na+，Ca2+，K+
海绿石
伊利石
＋Fe2+，Fe3+；—K+，AI2O3
1、高岭石
A 表生或风化作用阶段 高岭石是在酸性介质的水与长石及其它硅酸盐矿物反应而成 或者由蒙脱石退化成高岭石
B 在成岩作用过程中 高岭石的存在与否主要与地球化学环境（pH和离子浓度）有关 随着pH值的增大，高岭石的稳定性减小 如有K离子存在，即转化成伊利石； 如有Ca2＋，Na2＋和Mg2＋存在，即转化成蒙皂石。
第三阶段。埋藏继续加深，地温继续升高，脱去最后一层 残余层间水，转变为伊利石。
粘土矿物的脱水作用与石油的初次运移关系十分密切。蒙脱 石脱水第一阶段虽有大量孔隙水排出，但有机质还没有转化成烃 类。
蒙皂石向伊利石转化过程中形成的热解阶段脱水虽然时间短， 但脱水量大，并且在该时期有机质开始成熟形成烃类。
323、孔隙中共生绿泥石与次生石英 （霍3井，2028.94m，布达特群，SEM）
324、颗粒表面共生绿泥石与次生石英 （霍3井，2028.94m，布达特群，SEM）
A绿泥石
三、自生粘土矿物的形成机理
表 3—8 砂岩成岩过程中粘土矿物的成岩反应（Pttijohn，1982）
形成的粘土矿物
先驱矿物
376、伊利石贴附颗粒与充填孔隙 （贝16井, 1333.60m,兴安岭群,SEM）
413、孔隙充填的自生高岭石与自生伊利石 （贝19井，1409.07m，大磨拐河组，SEM）
377、粒间孔隙中共生伊利石与高岭石 （贝16井, 1331.75m,兴安岭群,SEM）
286、绿泥石脉 （贝14井，1770.70m，布达特群，单偏光）
硅氧四面体由一个硅和四个氧组成。硅位于四面体的中心，氧位于 四面体的角顶，每个四面体以底部二个角顶的氧原子与相邻四面体所共用、 在二维平面内构成具有六角网格的硅氧四面体层，每个四面体顶端剩下一 个带自由电荷的活性氧，并位于四团体层的同一侧。
铝氧八面体主要是由铝与氧和氢氧离子的八面体配位构成的，即 铝位于八面体中心．氧或氢氧离子位于八团体角顶(上下各三个)，当它们 连接成片时，便形成了八团体层。
在碱性孔隙水中，伊利石和绿泥石依然可存在，但在成岩 作用过程中结晶度增加
伊利石的结晶度可以作为古地温的恢复标志。
泥质沉积物中粘土矿物的成岩转化，对于相邻砂岩的胶结 作用具有十分重要的影响。
蒙脱石在转变成伊利石过程中将要把硅、钙、钠、铁和 镁释放到孔隙溶液中。
孔隙溶液可以把这些溶液的离子从泥岩中运移到砂岩中去, 其中：
随着埋藏深度的增加，蒙脱石将转化成伊利石 Weaver（1959）早就提出，在埋深超过3048m处，蒙脱石变成蒙脱石— 伊利石混合粘土，同时随着埋深进一步增加，伊利石所占的比例增大。 Hower等（1976）在研究美国墨西哥湾地区渐新世—中新世页岩时， 发现该页岩的化学成分和矿物成分具有如下一些变化规律： （1）在2000～3000m的埋深范围内，蒙脱石——伊利石混合粘土中有不 足20％增加到80％，在此深度之下，伊利石层的含量保持不变。 （2）在上述埋深范围内，方解石含量从大约20％减少到零，钾长石含 量亦减少到零。 （3）页岩的总化学成分变化不大，但随方解石含量降低，CaO含量明显 减少。 （4）随埋深增加，绿泥石含量也有所增加。 （5）粒度<2μ 的部分（主要由伊利石－蒙脱石混合组成），K2O和Al2O3 大量增加，SiO2含量减少。
为什么蒙皂石能够转变成伊利石？ 晶体结构上式相似：二者都由两个四面体层和一个八面体层组成 层间充填差别：蒙皂石层间充填的是水分子
伊利石层间充填的是钾离子 蒙皂石转变成伊利石的首要条件是：在钾离子存在的条件下脱去水层， 其反应式如下：
A、钾长石＋蒙脱石→伊利石＋石英 B、K＋＋蒙脱石→伊利石＋绿泥石＋石英＋H＋
结构单元层 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了
结构单元层。
1：1型：由一层四面体层和—层八面体层叠置并连接在一 起构成，以 高岭石为代表
2：1型：由两层四面体层夹一层八面体层构成、常见于蒙脱石和水云母 族矿物，称蒙脱石层
2：1：1型： 由1个2：1型结构单元层再叠置和连接一个似水镁石八面 体层构成，常见于绿泥石族矿物
+
C
14）分散的孔隙充填
X
C
15）裂隙充填
+
R
16）缺乏早期成岩结核
+
C
17）覆盖较早阶段形成的成岩组分
+
C
18）纹理横向突然终结
+
R
19）单个板片放射状排列
O
C
20）medial suture
O
R
21)在颗粒接触处附近的搭桥
+
C
X-不可靠；O-通常可靠；+-非常可靠；R-罕见；C-常见；U-ubiquitous；？-未知
层间域： 在粘土矿物的晶体结构中，两个相邻的结构单元层之间的
空隙称为层间域。
层间域可以是空的，也可以有水分子或阳离子物质充填。 一个结构单元层加上和它祁邻的一个层间域组合向成的层状体 称为“单位构造层”，其厚度用d表示，不同粘土矿物因晶体结构 类型及层间物质不同，其d的数值亦不同，它们是粘土矿物鉴别 的重要数据。
需要的K来自泥质岩中存在的钾长石和云母的分解 反应析出的硅质以石英的形式沉淀下来，这一反应过程的 假设来自实验观察
例如Heling（1978）和Hower（1976）曾在2000～3700m的埋深范围内， 温度在45～90 oC之间发现，蒙脱石－伊利石混合中的伊利石的比例随埋深 增加而增加。在相同的深度/温度区间内，钾长石的百分含量减少到零，而细 粒石英或碎石的含量却增大约1倍
399、颗粒表面生长伊利石 （霍3井，2022.91m，南屯组，SEM
335、伊利石呈峰窝状贴附于颗粒表面 （贝16井，1330.69 m，兴安岭群上部，SEM）
375、颗粒表面共生次生石英与伊利石 （贝16井, 1332.40m,兴安岭群,SEM）
373、颗粒表面生长伊利石，并粒间搭桥 （贝16井, 1330.46m,兴安岭群,SEM）
第二章 成岩作用方式
第四节 粘土矿物自生与转化
一、主要粘土矿物的矿物学特征 二、如何区别自生粘土矿物与碎屑粘土矿物 三、自生粘土矿物的形成机理 四、砂岩/泥岩中粘土矿物组合－埋深变化比较
一、主要粘土矿物的矿物学特征
1、结构特征
层状结构的粘土矿物由两种基本结构层组成。一种为铝氧 四面体层、另一种为硅氧八面体层或镁氧八面体层
10-2500 ， 一 般 20-200
假六边形
席状
孔隙充填
0.1-1
假六边形
卷曲的，边缘 圆化 边缘呈角状 或舌状 扇状纤维束
不规则状，具 真状突起
几乎是粒状 的，带有短粗 的针状突起
板状（二维卡 片房） 蜂巢状
玫瑰花状或 扇状 白菜头状
席状
皱纹席状或 蜂巢状 叠瓦状到参 差不齐的蜂 巢状
孔隙衬层
根据钻孔资料，高岭石在一定的埋深条件下消失殆尽。 其消失的温度从80～190℃，深度从几百米到几千米。这说明 高岭石的稳定性并不严格地与温度和压力相关。
实际上，在深埋条件下地层水往往是碱性，所以不利于高岭石的 存在。因而，碱性介质环境是高岭石消失的根本原因。
2、蒙皂石
蒙脱石形成于淋滤作用有限并由镁离子供应的碱性条件下（Lewis,1984）
带出带入的组分
高岭石
长石
—K+，SiO2；＋H2O
高岭石
＋AI2O3，SiO2，H2O
伊利石
高岭石
＋K+，SiO2；—AI2O3，H2O
白云母
高岭石
＋K+；—H2O
伊利石
蒙皂石
＋K+；—SiO2，H2O，Na+，
Ca2+，Mg2+，Fe2+等
绿泥石
蒙皂石
＋ Mg2+ ， Fe2+ ； — SiO2 ，
硅质以石英次生加大边的形式沉淀下来 铁和镁离子则与高岭石一起转变成绿泥石 方解石转变成铁白云石或菱铁矿 钠则与钠长石化有关。