粘土岩

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。

粘土矿物颗粒细小,普通显微镜下难以识别矿物成分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。

紫红色泥岩,层面上分布有动物化石按粘土、粉砂和砂的相对含量,粘土岩的结构划分为泥质结构、粉砂泥质结构和砂泥质结构。按粘土矿物集合体的形状,粘土岩的结构划分为:页理发育的炭质页岩生物泥质结构:含有植物碎片的称植物泥质结构;若含有微体动物化石如介形虫、有孔虫、放射虫等,称动物泥质结构。

蠕虫状结构:主要见于高岭石泥岩中,岩石中含有高岭石重结晶形成的粗大蠕虫状晶体,直径达2—3mm,长可达20mm。

鲕状及豆状结构:此种结构是在沉积过程中粘土质点围绕某个含有粉砂的粉砂质泥岩核心凝聚而成的。<2mm者称鲕粒,>2mm者叫豆粒。

这是三叶虫化石同生泥屑结构:同生成因的粘土质碎屑再沉积被粘土或其它化学物质胶结而形成。如砾泥屑结构、砂泥屑结构、粉砂泥屑结构等。

残余结构:主要与风化残余和热液蚀变成因有关。如残余火山碎屑结构、残余斑状结构等。

粘土岩的构造分为宏观构造和显微构造。宏观构造如层理、波痕、泥裂、雨痕、虫迹、结核等。常见的显微构造有:显微鳞片构造、毡状构造和显微定向构造。


高岭土显微镜下的蠕虫状高岭石按固结作用强度、页理和劈理的发育程度将粘土岩分为粘土、泥岩和页岩,然后再按结构或矿物成分细分。

高岭石粘土简称高岭土(kaolin),是一种以高岭石族矿物为主要成分、质地纯净的细粒粘土,首先发现于我国江西景德镇附近的高岭村而得名。17121722年间,法国传教土殷弘绪(原名Le.P.d’Entrecolles)曾两次将景德镇制瓷实况报告法国政府,称高岭村粘土为“高岭土”,1867年约翰逊和布莱克(S.W.JohnsonJ.M.Blake)首次把组成高岭土的粘土矿物称为高岭石(kaolinite),从而成为第一个以中国地名命名的矿物学名词。高岭土外观呈白、浅灰等色,含杂质时呈黄、灰、黑色等。致密块状或疏松土状,有滑腻感,硬度小于指甲。比重2.42.6。干燥后粘舌,有吸水性。耐火度可达1770-1790。可塑性低,粘结性小,具良好的绝缘性和化学稳定性。纯净的高岭土煅烧后色白,白度可达80—90%。主要用于陶瓷、造纸、橡胶工业,也可供作搪瓷、塑料、油漆等工业部门使用。

斑脱岩的镜下特征膨润土蒙脱石粘土又称膨润土、膨土岩、斑脱岩,是一种以蒙脱石为主要矿物成分的细粒粘土。膨润土的外观一般呈白色、粉红色、浅灰色、淡黄色,当被杂质污染时可呈灰绿色、紫棕色及其他较深的颜色。疏松土状者光泽暗淡,致密块状者呈蜡状光泽。硬度12,性柔软。块状或土状,有滑感。比重23。吸水后体积膨胀,最大吸水量为其体积的8-15倍。具高可塑性和良好的粘结性,在水溶液中呈悬浮和胶凝状,还具有阳离子交换的特性。膨润土是重要的工业矿物原料之一,在钢铁工业中,供作球团矿的粘结剂;铸造工业中,用于铸造型砂的粘结剂;化学工业中,可用来制造活性白上.作为油脂的脱色剂;地质钻探中,它是优质的泥浆原料;陶瓷工业中,在陶瓷坯料中加入35%的膨润土后,可以显著增加坯泥的可塑性与干坯强度。此外,农业、医药、油漆等方面,膨润土也有其用途。

海泡石凹凸棒石海泡石粘土是一种以海泡石为主要成分的粘土。外观呈黄褐、深灰、灰白等色,土块状,质软而轻,硬度1—2,比重2.4—2.65,具有粘性和可塑性,手触之有滑感。加水后能调成糊状,干后用锤击之可留下锤痕。主要用途是用作吸收剂,用来净化、脱色和精制油、脂肪、蜡、树脂、啤酒、水等。另一重要用途是制作抗盐耐高温钻井泥浆,用于含盐地层和海上石油钻探。

凹凸棒石粘土是一种以凹凸棒石为主要成分的粘土。它的外貌与—般粘土无异,尤其是与蒙脱石粘土极为类似,而且两者常常共生。其野外鉴定标志是外观为土状,呈青灰、灰白、鸭蛋青色,土质细腻、有滑感,湿时具粘性和可塑性,干后质轻、收缩小。将它投入水中,嘶嘶发响,并崩散成碎块,但不膨胀。凹凸棒石粘土的性能和海泡石粘土一样,具有热稳定性、抗盐性、吸附性及较高的脱色能力,因而在工业中有着广泛的用途,如油脂脱色、制造抗盐耐高温泥浆、配制涂料等。

钙质泥岩和页岩  岩石中含有碳酸钙,分布很广。常见于大陆和海陆过渡环境的红色岩系中,浅海和泻湖沉积的钙泥质岩系中也很常见。如我国北方下寒武统馒头组、南方三叠系青龙群中的页岩,大部分为钙质页岩。
铁质泥岩和页岩  岩石中含有铁矿物,铁质矿物作为色素使岩石带色。红色铁质泥岩和页岩一般与砂岩共生,构成所谓“红层”,在我国中、新生代地层中分布很广。呈红色主要是由于沉积物在陆相干旱、半干旱气候条件的氧化环境下,被三价铁渲染的结果。
硅质泥岩和页岩
  页岩中SiO2平均值约58%,而硅质岩中的SiO2可达85%以上。在富含高岭石的硅质泥岩、页岩中,常保存有硅藻、海绵和放射虫化石,所以一般认为这种岩石中硅质的来源与生物有关,有的也可能和海底喷发的火山灰有关。
炭质页岩
  这种页岩中含有大量呈细分散状均匀分布于岩石中的炭化有机质,黑色、能染手。但灰分>30%,一般很难作燃料。常含大量植物化石,是湖泊、沼泽环境下的产物,出现于煤系中,常形成煤层的顶板与底板。
黑色页岩
  岩石中含有较多的有机质或细分散状的硫化铁而呈黑色。外貌与炭质页岩相似,其区别在于不染手。黑色页岩一般形成于缺氧、富含H2S的较闭塞海湾和湖泊的较深水地区。如我国北方白垩系中的黑色页岩中含有丰富的有机质和介形虫、孢粉等微体古生物,是重要的生油岩系。
油页岩
  是含有一定数量干酪根>10%)的页岩。颜色有浅黄、黄褐、暗棕、棕黑、黑色等,一般说来,含有机质愈多,其颜色也愈深。其特点是比一般的页岩轻,而且有弹性,用小刀刮之,往往可成刨花状的薄片。易燃,并发出沥青味及流出油珠。油页岩属于页岩的范畴,但具有腐泥煤的特征,也有人把它叫做“高灰分的腐妮煤”。油页岩主要是在闭塞海湾或湖沼环境中由低等植物如藻类及浮游生物的遗体死亡后,在隔绝空气的还原条件下形成的,常与生油岩系或含煤岩系共生。