08-第八章-粘土岩.pdf

第八章 粘土岩 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 粘土岩的物质成分粘土岩的物质成分 第三节第三节 粘土岩的结构、构造、颜色粘土岩的结构、构造、颜色 第四节第四节 粘土岩的分类和沉积后变化粘土岩的分类和沉积后变化 本章重点本章重点 、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 第一节第一节 概述概述 粘土粘土 粘土岩粘土岩 粘土矿物粘土矿物 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。储集层。页岩（具页理构造）泥岩成岩作用积沉积方式：机械方式沉搬运方式：悬浮搬运来源：母岩风化产物甚至于或粒径：mmmmmm001.0,0039.0005.0 第一节第一节 概述概述 、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0.005mm 或 0.0039mm，甚至小于0.00mm。所以，就粒度组分而言，0.005mm或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、钇等。第二节第二节 粘土岩的物质成分粘土岩的物质成分 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、粘土矿物一、粘土矿物 粘土矿物是一种含水的硅酸盐或铝硅酸盐。是一种含水的硅酸盐或铝硅酸盐。粘土矿物粘土矿物 链层状层状（常见）结晶质非晶质构层）镁氧八面体层（基本结基本结构层）铝氧八面体层基本结构层硅氧四面体层()(Si-O四面体及al(Mg)-(O,OH)八面体结构示意图 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 晶晶质质 结构单元层类型结构单元层类型 层间物层间物 族族 种种 层层状状 简简单单层层状状 1:11:1 SiSi4 4O O1010(OH)(OH)8 8 有或无水分子有或无水分子 高岭石高岭石 高岭石、地开石、珍珠陶土等高岭石、地开石、珍珠陶土等 埃洛石埃洛石 埃洛石（多水高岭石）、变埃洛石等埃洛石（多水高岭石）、变埃洛石等 2:12:1 SiSi4 4O O1010(OH)(OH)2 2 阳离子或水化阳阳离子或水化阳离子离子 蒙脱石蒙脱石 蒙脱石、拜来石、绿脱石、皂石蒙脱石、拜来石、绿脱石、皂石 水云母水云母 水云母（伊利石）、海绿石水云母（伊利石）、海绿石 2:1:12:1:1 SiSi4 4O O1010(OH)(OH)2 2 氢氧化物氢氧化物 绿泥石绿泥石 各种绿泥石各种绿泥石 、单热石等、单热石等 混混层层状状 有序混层有序混层 水云母水云母-蒙脱石组合、绿泥石蒙脱石组合、绿泥石-蒙脱石组合蒙脱石组合 无序混层无序混层 水云母水云母-蒙脱石组合、水云母蒙脱石组合、水云母-绿泥石组合绿泥石组合 水云母水云母-蒙脱石蒙脱石-绿泥石组合等绿泥石组合等 链状链状 2:12:1 水化阳离子水化阳离子 海泡石海泡石 海泡石、坡缕石（凹凸棒石）海泡石、坡缕石（凹凸棒石）半晶质和非晶质半晶质和非晶质 伊毛缟石、水铝英石等伊毛缟石、水铝英石等 粘土矿物分类简表 粘土矿物粘土矿物 化学式化学式 结构单元层结构单元层 形状形状 高岭石高岭石 AlAl4 4SiSi4 4O O1010(OH)(OH)8 8 1 1：1 1 六边形鳞片状晶体六边形鳞片状晶体,重结晶后呈蠕虫状重结晶后呈蠕虫状和手风琴状集晶和手风琴状集晶 蒙脱石蒙脱石 (Al(Al2 2,Mg,Mg3 3)Si)Si4 4O O1010(OH)(OH)2 2 nHnH2 2O O 2 2：1 1 偏光显微镜下细鳞片状，电子显微镜偏光显微镜下细鳞片状，电子显微镜下呈细鳞片状、鹅毛状、绒状下呈细鳞片状、鹅毛状、绒状 伊利石伊利石 K K1 90 90 10 10 含粉砂（砂）粘土结构含粉砂（砂）粘土结构 75-90 25-10 粉砂（砂）质粘土结构粉砂（砂）质粘土结构 50-75 50-25 一、粘土岩的结构 1、按颗粒的相对含量划分 第三节第三节 粘土岩的结构、构造、颜色粘土岩的结构、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、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 第四节第四节 粘土岩的分类和沉积后变化粘土岩的分类和沉积后变化 一、粘土岩的分类一、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 结构及成分结构及成分 固结程度固结程度 未未-弱固结（未重结晶）弱固结（未重结晶）固结（未固结（未-中等重结晶）中等重结晶）强固结（重结强固结（重结晶矿物晶矿物50%50%）无页理无页理 有页理有页理 结构结构（粉砂（粉砂或砂含或砂含量）量）10%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？