第五节粘土岩(泥质岩)
沉积岩石学5章粘土岩
薄片中无色，结晶极细，镜下不能分辨晶粒界限。干 涉色极低，似乎是均质光性。在扫描电镜下的典型形态为 管状，有时为长管状，有时为短管状；另一种形态为圆球 状。
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第3节. 粘土岩的结构、构造和颜色
(一)、结构
1.根据粘土质点、粉砂及砂的相对含量，将粘土岩 的结构划分为以下几种类型(见下表)：
结构类型
粘土结构 含粉砂（砂）粘土结构 粉砂（砂）质粘土结构
粘土及粉砂（砂）含量
粘土（％） 粉砂（砂）（％）
> 90 75－90 50－75
<10 25－10 50－25
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层状结构的粘土矿物，由Si-O四面体和Al（Mg）（O,OH）八面体二种单位层组成。
硅氧四面体结构示意图：a-单个四面体 b-四面体片
201A9l/9（/7 Mg）-（O,OH）八面体结构示意图：c-单个八面体 d-八面体片 8
四面体片与八面体片都与晶体的(001)面平行，与C 轴垂直或近于垂直，并按一定的规律结合形成结构 单元层。
伊利石是介于云母、高岭石及蒙脱石之间的中间矿物， 有多种成因，如长石和云母风化分解，蒙脱石被钾交代， 胶体沉淀再结晶，热液蚀变等。形成于气温较低，排水不 畅的碱性环境中。水云母成分中富碱金属钾，如果气候湿 热，化学风化彻底，水流通畅，K被流失带走，则可形成高 岭石。
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埃洛石(多水高岭石)
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第七章 粘土岩
• 三、有机物质
• 粘土岩中常有数量不等的有机物质，而有机质的 丰度以岩石中剩余有机碳含量、氨基酸的总量以 及氨基酸总量/剩余有机碳的比值作为衡量标准。 剩余有机碳含量、氨基酸含量高，氨基酸总量/剩 余有机碳的比值低，则有机质丰度高，此类粘土 岩为良好的生油岩。这类粘土岩常呈深灰、灰黑、 黑色，多形成于受限制的安静低能还原环境，如 泻湖、海湾、海湖深水盆地。同时，这种环境也 利于硫化铁的生成，故硫化铁矿物（如黄铁矿） 常与富有机质的暗色粘土岩共生。
集合体呈六方柱状的全自形高岭石
扫描电镜
• 2.埃洛石（多水高岭石）族 • 有埃洛石和变埃洛石两种主要矿物。
• 埃洛石又称多水高岭石、四水高岭石、叙 永石，Al4[Si4O10](OH)8 ·4H2O；变埃洛石 又称变多水高岭石、二水高岭石、变叙永 石，含有2.2~2.3 H2O。
• 埃洛石的晶体结构为1:1型。层间域有 一层水分子，故层间水较多。10埃埃 洛石多呈白色致密块状集合体，断口 细腻，微具油脂光泽或瓷状光泽。风 干后呈现不规则尖角状裂纹。相对密 度2.1~2.6，硬度1.0~2.6，遇酸较易溶 解。
K＜1Al2[（Al，Si）Si3O10]（OH）2·nH2O 。 晶体结构属2:1型。 • 偏光显微镜下，伊利石呈鳞片状、羽毛状 集合体。无色，低~中正突起，干涉色可达 二级顶部，近乎平行消光，正延性。
• 透射电镜下，伊利石呈不规则鳞片状晶体 或边界圆滑的片状。
• 扫描电镜下，伊利石集合体呈层片状排列 或弯曲片状。
• 凹凸棒石为青灰至灰白色，土状，具粘性和可塑 性，浸泡不易分散；可形成具工业规模的矿床。 （坡缕石为白色纤维状，无粘性和可塑性。结晶 程度较好）。
• 偏光镜下，凹凸棒石呈黄褐色、浅绿色纤维状或 鳞片状集合体，干涉色达一级黄，常与蒙脱石共 生，不易区分。
粘土岩
8.2 粘土岩的物质成分
（2）粘土矿物常具有吸附各种离子的特性 常吸附的阴离子有 PO43－，SO42－，Cl－，NO3－， 阳离子有Ca2+，Mg2+，Na+，K+，H+及 Cu2+，Pb2+， Zn2+，B3+，Au+，Ag+，Hg2+，As3+，Tn4+，U4+等。 它们是使粘土岩化学成分多变的原因之一。 （3）与沉积环境有一定关系 有人认为，淡水粘土中高岭石含量较高，故MgO， K2O含量低于海相或泻湖相粘土；硼和某些放射性元素 的含量在海相和非海相粘土中差异较大。对这些观点 至今仍在讨论和探索中。
1、陆源碎屑矿物：有石英、长石、云母、各种副矿
2、化学沉淀的自生矿物： 铁、锰、铝的氧化物和氢氧化物； 含水氧化硅（如蛋白石）； 碳酸盐（如方解石、白云石、菱铁矿）； 硫酸盐（如石膏、硬石膏）； 磷酸盐（如磷灰石）； 氯化物（如石盐等)。
它们都是在粘土岩形成过程中生成的，是粘土岩形成环 粘土岩的物质成分
1、粘土矿物的主要物性
可塑性：粘土岩粉碎后加适当的水份，受压后可塑制成 一定的形体，在压力取消后，形态不变。 耐火性：是指在高温下不熔融的性能； 烧结性：指粘土矿物在低于耐火度的低温下局部熔化， 因而质点相互粘结成坚硬的陶质石块。 结合性：粘土与砂质粘合，塑造出良好的泥坯，干燥后 形成坚硬生坯的性能。 干缩性：粘土沉积物风干或加热烧干后，由于质点表面结 合水分的蒸发，而产生体积收缩的现象。 吸附性：粘土质点能从周围介质中吸附各种气体、液态及 有机质色素的能力。 吸水性：有些粘土具有极强的吸水能力，同时产生体积膨 胀。
花瓣状的绿泥石和自生石英
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泥岩-页岩-粘土岩-板岩-粘土矿物
泥岩、页岩、粘土岩、板岩和粘土矿物1、粘土岩（clay rock）粘土岩是一种主要由粒径＜0.0039mm的细颗粒物质组成的并含有大量粘土矿物的沉积岩。
疏松未固结者称为粘土，固结成岩者称为泥岩和页岩。
大多数粘土岩是母岩风化产物中的细碎屑物质呈悬浮状态被搬运到沉积场所，以机械方式沉积而成的。
部分粘土岩是铝硅酸盐矿物分解的产物在原地堆积而成或在水盆地中通过胶体凝聚作用形成的，成分较纯，常常具有一定的工业价值。
粘土矿物是粘土岩中最主要的矿物成分。
粘土矿物很细小，它们的结晶大小一般不超过1—2微米。
粘土矿物种类繁多，粘土岩中分布最广的是高岭石、水云母、蒙脱石、绿泥石、凹凸棒石等。
粘土岩的化学成分取决于它的矿物成分和粘土矿物中吸附离子的成分。
其主要化学组分是SiO2、Al2O3及铁的氧化物等。
粘土岩的颜色取决于粘土矿物的成分、杂质矿物的成分、有机质及所含色素的颜色。
单一成分的高岭石粘土、水云母粘土等，常呈白色、浅灰色，浅黄色等；某些粘土岩中含细分散状的铁的氧化物和氢氧化物，则呈红色、紫色、棕色、黄色或玫瑰色等；含锰的氧化物时则呈褐色或黑色；含分散状有机质和硫化铁时呈灰色或黑色；若粘土岩中含有较多的海绿石、绿泥石、孔雀石、蓝铜矿时，则呈绿色或蓝色。
粘土岩是分布最广的沉积岩，约占沉积岩总量的60—70%。
粘土岩具有独特的物理性质，如可塑性、耐火性、烧结性、膨胀性、吸附性等等，因而在工农业方面有着广泛的用途。
近年来，在黑色页岩和碳质页岩中还发现含有稀有元素和稀土元素，构成具有工业价值的矿床。
粘土岩是重要的生油岩和油气藏的盖层，研究粘土岩具有重要的经济意义。
2、泥岩一种层理或页理不明显的粘土岩。
矿物成分复杂，主要由粘土矿物（如水云母、高岭石、蒙脱石等）组成，其次为碎屑矿物（石英、长石、云母等）、后生矿物（如绿帘石、绿泥石等）以及铁锰质和有机质。
质地松软，固结程度较页岩弱，重结晶不明显。
常见类型有：①钙质泥岩。
含适量碳酸钙，常见于大陆红色岩系和海洋、潟湖相的沉积岩层。
08第十三章(第3节)粘土岩
石。因此，研究粘土岩还有很大的实际意义。
(反射界面,塔里木某层：泥岩3700～4700m/s；砂岩3960～5000m/s;碳酸盐岩
6100～6900m/s。测井高伽马、低电阻率)
景德镇窑青花花 果纹黄彩瓷盘（ 明弘治年间）
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新石器时代桶形彩绘 陶罐（内蒙古出土）
紫砂茶叶罐（清 乾隆年间）
源碎屑(石英、长石及少量重矿物),另有含量不到５%
的自生矿物。 粘土矿物是一种含水的硅酸盐或铝硅酸盐。可分
为结晶质和非结晶质两类： 结晶质：蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭石等 非晶质：水铝英石，硅胶铁石等
泥质岩中常有含量不一的有机质，如煤、腐殖质、 沥青质及生物遗体等。
表
结构单位 层类型 1:1 Si4O10(OH)8 2:1 Si4O10(OH)2 2:1:1 Si4O10(OH)8 2:1 层链状 有序 混 合 层 混层 无序 混层 层间物 有或无 水分子 阳离子或 水化阳离 子 氢氧化物 水化阳离 子
另一方面是显微构造（了解即可）。 显微鳞片构造，显微杂乱构造，显微定向构造。
五、粘土岩的主要岩石类型
按照页理构造发育情况 1、页岩 2、泥岩
按照粘土岩中混入物的 化学成分等可细分：
按照粘土矿物种类，较 纯的粘土岩的以下几种。
1、伊利石粘土岩 2、高岭石粘土岩 3、蒙脱石粘土岩
（1）钙质泥岩与泥岩
（2）铁质泥岩与页岩
第三节
一、概述
粘土岩类
二、化学成分和矿物成分 三、结构和构造
四、粘土岩的颜色
五、 主要岩石类型
一、概述
粘土岩类又叫泥质岩或泥状岩，是主要由粘土
矿物及粒径小于0.01mm的细碎屑（含量＞50 ％）组成的沉积岩。
粘土岩
五、粘土岩的主要类型
1.高岭石粘土岩
高岭石、地开石、
珍珠陶土，其化学式 为Al4[Si4O10](OH)8 或Al2O3 · 2SO2 · 2H2O
ห้องสมุดไป่ตู้
2.蒙脱石粘土岩 蒙脱石、拜来石、绿脱石、皂石等 蒙脱石（Al2, Mg3）[Si4O10](OH)2· nH2O
3. 水云母粘土岩 伊利石（水云母）K1Al2[(Al,Si)Si3O10](OH)2· nH2O 海绿石
水氧化硅、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氯化物。
3.有机物质 粘土岩中常有数量不等的有机物质。 有些粘土岩中含有大量的炭质，是成煤的原 始有机物质。
四、 粘土岩的结构、构造和颜色
1.粘土岩的结构 (1)按颗粒的相对含量划分 粘土结构 含粉砂（砂）粘土结构 粉砂（砂）质粘土结构
(2)按粘土矿物的结晶程度及晶体形态划分
自然伽马测井，改善钻井液性能
3.吸水膨胀性
三、粘土岩物质成分
粘土矿物是一种含水的硅酸盐或铝硅酸盐， 可分为非晶质和结晶质两类。 1.粘土矿物 高岭石
蒙脱石
伊利石 绿泥石
2.非粘土矿物
（1）陆源碎屑矿物
石英、长石、云母、各种副矿物。
（2）化学沉积的自生矿物
主要有Fe、Mn、Al的氧化物和氢氧化物、含
以机械方式沉积而成。所以粘土岩应归属陆源碎 屑沉积岩。
自母岩风化的产物，并以悬浮方式搬运至水盆地，
粘土岩是沉积岩中分布最广的一类岩石，约
占沉积岩总量的60%（也有人认为55%）。
粘土岩是主要的生油岩和良好的油气储集的
盖层，同时亦具有其它广泛的工业使用价值。
二、粘土岩的主要物理特性 1．非渗透性
石油及天然气在地下保存的良好盖层 2．吸附性 粘土矿物具有从周围介质中吸附各种离子、 放射性元素及有机色素的能力。
钻孔岩、煤芯分层鉴定和描述的规定
钻孔岩、煤芯分层鉴定和描述的规定（试行）东煤公司煤田地质局前言 (4)一、岩煤芯的分层规则 (5)二、第四系松散堆积物的鉴定和描述 (6)（一）关于使用碎屑颗粒的对数粒级的规定 (6)（二）松散堆积物的命名： (7)（三）松散堆积物的描述内容： (7)三、沉积岩的鉴定和描述 (8)（一）沉积岩的命名 (8)（二）沉积岩的描述内容 (11)四、煤层的鉴定和描述 (14)（一）煤的分类和煤层命名： (14)（二）肉眼煤岩类型的划分 (14)（三）煤的物理性质描述 (15)（四）煤层结构的描述 (15)五、岩浆岩的鉴定与描述 (16)（一）岩浆岩的分类及命名 (16)（二）变质岩的分类及命名 (18)（三）变质岩的描述内容 (18)六、地质构造现象的描述 (18)（一）产状及裂隙的测量和统计 (18)（二）断裂构造的描述 (18)（三）褶皱构造的描述 (21)（四）煤系、煤层被冲刷现象描述 (21)（五）接触关系的描述 (21)七、风氧化带的描述 (22)（一）分化壳的分带 (22)（二）各风化带的特征及描述 (23)（三）岩石强度的描述 (23)编后语 (24)钻孔岩、煤芯摄影工作的规定 (25)（试行） (25)一、岩煤芯摄影的地质要求 (25)二、岩芯摄影的技术要求 (26)三、岩芯摄影的管理和保存 (26)第一章概论 (29)第一节沉积岩的概念 (29)第二节沉积岩的命名原则 (31)第二章火山物源沉积岩 (32)概述 (32)第一节火山碎屑物质的类型与特征 (33)第二节火山物源沉积岩的分类命名 (35)第三节主要岩石类型 (40)第四节沉积火山碎屑岩类 (42)第三章陆源沉积岩 (43)概述 (43)第一节陆源沉积岩的成分特征 (43)第二节陆源沉积岩的分类和命名 (45)第三节砾岩和角砾岩 (46)第四节砂岩 (47)第五节粉砂岩 (52)第六节泥质岩（粘土岩） (54)第四章内源沉积岩 (58)概述 (58)第一节铝质岩 (58)第二节铁质岩 (61)第三节锰质岩 (63)第四节硅质岩 (65)第五节磷质岩 (67)第六节碳酸盐岩 (70)第七节铜质岩 (79)第八节海绿石质岩 (80)第九节蒸发岩 (81)第五章生物源沉积岩 (83)前言钻机地质员一定要严肃认真、实事求是的做好煤芯的分层、鉴定和描述工作，必须按着统一的地质编录规格，严格执行各项质量标准、制度，做到原始资料完整、准确、及时。
黏土岩分类
黏土岩分类
黏土岩是一种由黏土矿物组成的沉积岩，其颜色通常是灰色、绿色或者棕色。
黏土岩广泛存在于地球表面，具有重要的工业价值和科学研究价值。
根据黏土岩的成因、组成、结构和物理性质，可以将其分为不同的类型。
下面介绍几种常见的黏土岩分类：
1. 硬黏土岩：硬黏土岩是由富含黏土矿物的泥质和细粒砂质颗粒混合而成的，具有较高的压缩强度和抗剪强度。
硬黏土岩通常是深海沉积物，也可在陆地上形成，如粘土矿床。
2. 粘土岩：粘土岩是由黏土矿物和少量的石英、长石等矿物颗粒混合而成的，具有黏性和易变性。
粘土岩广泛分布于地球表面的沉积盆地中，是重要的土壤形成材料。
3. 红粘土岩：红粘土岩是由硅酸盐、氧化铁和黏土矿物等组成的沉积岩，因其颜色为红色而得名。
红粘土岩通常是在干旱和半干旱地区形成，如中国南方的红土高原。
4. 膨胀黏土岩：膨胀黏土岩是由膨胀性黏土矿物（如膨润土）和非黏土矿物（如石英、长石）混合而成的沉积岩，其体积在水分作用下会增大。
膨胀黏土岩通常是在干旱地区形成，如美国西南部的“莫霍维沙漠”。
以上是几种常见的黏土岩分类，不同类型的黏土岩在工业、土壤科学等领域有着不同的应用价值。
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粘土岩的主要组分—粘土矿物大多数来自 母岩风化的产物，并以悬浮方式搬运至水盆 地，以机械沉积的方式而成。所以粘土岩应归 属陆源碎屑沉积岩。
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第五节 粘土岩（泥质岩）
Clayrocks（mudstones）
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自生高岭石充填孔隙
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当八面体层中心由三价的阳离子（Al3+、 Fe3+）充填时，则所有的八面体的中心，只有 三分之二被充填，必定有一个空位置，称二八 面体型结构（水铝矿层Al-OH）。
当八面体层中心由二价的阳离子占据时， 则所有的八面体的中心全部被充填，称三八面 体型结构（水镁石层Mg-OH）。
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乾隆年间）
一、基本概念
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粘 土 岩 —— 以 粘 土 矿 物 为 主 （ 含 量 >50%）的沉积岩。
粘土——疏松或未固结成岩的粘土矿物沉 积物，粒径<0.005mm（0.0039或 0.01mm）。
矿物成分以粘土矿物为主，次为陆源碎屑 矿物、化学沉积的非粘土矿物及有机质。
化学成分以SiO2、Al2O3、H2O为主，次为 Fe、Mg、Ca、Na、K的氧化物及一些微量元 素。
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（一）粘土矿物（Clay minerals） 粘土矿物是一种含水的硅酸盐或铝硅酸 盐，可分为非晶质和结晶质两类。
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除了以上四种常见的粘土矿物外，还有不 少的混层粘土，它是由两种以上的粘土矿物的 结构单位层在c轴方向交互叠置构成的。
若两种以上粘土矿物结构单位层作有规律 的互层叠置，则称有序混层；否则称为无序混 层，如伊-蒙混层、绿-Geoscience, Yangtze University
7. 粘结性（结合性能） 指粘土能与瘠性材料（掺入砂质）粘合， 塑造出良好的泥坏，干燥后坚实的性能。
8. 干缩性 指粘土沉积物风干或加热烧干后，由于质 点表面结合水分的蒸发，而产生的体积收缩的 现象。 对于工业原料来说，是一种不利的性质。
三、粘土岩的物质成分
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5. 耐火性 Al2O3——Fe，TiO2，SiO2 6. 烧结性 粘土矿物在低于耐火度的低温下局部熔 化，因而使质点相互粘结成坚硬的瓷质石块。 粘土熔融（从局部熔化至全部熔化成流体 的温度范围）范围越大，工业价值越高。
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粘土岩是沉积岩中分布最广的一类岩石， 约占沉积岩总量的60%（也有人认为55%）。
粘土岩是主要的生油岩和良好的盖层，同 时亦具有其它广泛的工业使用价值。
二、粘土岩的主要物理特性
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1. 非渗透性 石油及天然气在地下保存的良好盖层 2. 吸附性 粘土矿物具有从周围介质中吸附各种离 子、放射性元素及有机色素的能力。 自然伽马测井（U4＋，Th4＋，K＋）
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粘土矿物的结构单位层有两种类型：
高岭石型：属双层型的结构单位层（1:1型 ），由一个八面体层连接一个四面体层组成。
蒙脱石型：属三层型的结构单位层（2:1型 ），由两层四面体夹一层八面体组成，伊利石 和绿泥石也属三层型。
2. 粘土矿物的类型
（1）高岭石族
高岭石、地开石、 珍珠陶土，其化学式 为 Al4[Si4O10] （ OH ） 8 或Al2O3·2SO2·2H2O
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1. 粘土矿物的结构
粘土矿物的结构由两种基本结构层构成： 硅氧四面体层和铝氧八面体层或铁氧八面体 层。
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硅氧四面体由一个硅与四个氧组成。
铝氧八面体层主要由铝与氧或氢氧离子的 八面体配位构成的。
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3. 吸水膨胀性
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蒙脱石吸水膨胀8～10倍
改善钻井液性能（调节粘度）
利用中子伽马测井解释岩性
“水敏”——堵塞孔隙喉道
4. 可塑性 水调和后造形，撤外力形不变
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