泥质岩

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  泥质岩汉语拼音:nizhiyɑn;英语:argillaceous rock),粒径小于0.003,9毫米的细碎屑含量大于50%、并含有大量黏土矿物沉积岩。又称黏土岩。疏松的称为黏土,固结的称为泥岩页岩。泥质岩是分布最广的一类沉积岩。地球表面大陆沉积物中的69%是页岩,在整个地质时期所产生的沉积物中,页岩占80%。因此,泥质岩的系统研究,对地壳物质成分的演化,追溯地壳表层的发展史,推论古沉积环境都非常重要。大多数泥质岩是母岩风化产物中的细碎屑,呈悬浮状态被搬运到水盆地中,以机械方式沉积而成。由铝硅酸盐矿物的分解产物在原地堆积或在水盆地中通过胶体凝聚作用而形成的泥质岩比较少见。因此,从形成机理来看,泥质岩应属于陆源碎屑岩。

  泥质岩的物理性质,如可塑性、耐火性、烧结性、吸附性、吸水性等被广泛应用于各种工业中。在黑色页岩、碳质页岩中,发现了含镍、铝、钒、铅、铂、钯、铈、钇等元素的矿床。

  矿物成分 主要由黏土矿物组成,其次为碎屑矿物如石英长石,少量自生非黏土矿物(包括铁、锰、铝的氧化物和氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硫化物、硅质矿物),以及一些磷酸盐等。此外,还含有不定量的有机质。黏土矿物主要包括高岭石族、蒙脱石族和伊利石族矿物。它们的晶体结构、化学成分、物理性质均不相同,其成因也各异。高岭石是在雨量充沛排水良好和酸性水中形成的,为热带和亚热带的典型产物。蒙脱石通常由火山玻璃蚀变而来,常见于碱性土壤中。在埋藏成岩作用中,蒙脱石将转变成伊利石。伊利石是数量最多的黏土矿物,大部分来源于先成页岩,也是深埋页岩的主要组分,其中伊利石常与绿泥石共生。

  化学成分 泥质岩的化学成分主要取决于它的矿物成分和吸附离子的成分和含量。泥质岩的化学成分以SiO2、Al2O3和H2O为主。页岩的平均化学成分含量(%)为:SiO258.10,Al2O315.40,Fe2O34.02,FeO 2.45,MgO 2.44,CaO 3.11,Na2O 1.30,K2O 3.24,CO22.63,C 0.80,H2O 5.00。

  结构和构造 泥质岩常见结构有:

  1.泥质结构,主要由小于4微米的颗粒组成,因而岩石致密均一。当含粉砂和砂时,则形成各种过渡类型结构,如粉砂泥质结构、砂泥质结构等。

  2.鲕粒和豆粒结构,黏土质点围绕核心凝聚而成,直径小于2毫米的称鲕粒,大于2毫米的称豆粒,常见于胶体成因的黏土岩中。

  3.同生砾屑结构,黏土物质沉积后,尚未完全固结,受到流水冲刷形成砾屑,又被黏土物质胶结而成。黏土岩的构造分宏观构造和显微构造。宏观构造中最显著的是由于黏土矿物的定向排列所呈现出的剥裂性,在页岩中最常见。常见的显微构造有:由极细小的鳞片状黏土矿物杂乱分布而成的鳞片构造,多见于泥岩中;由纤维状黏土矿物错综交织而成的毡状构造和由片状黏土矿物定向排列而成的定向构造。常在静水环境中形成,也可以是压实作用的结果。

  主要岩石类型 泥质岩的主要岩类有下列几种:

  1.高岭石黏土(岩),又称高岭土,因首先发现于中国江西景德镇附近的高岭村而得名。主要由高岭石组成,质纯者其含量可达90%以上,其次是埃洛石和伊利石,混入物有石英、长石、云母、黄铁矿、菱铁矿和有机质等。岩石多呈白、灰等色。致密块状或疏松土状,有滑腻感,可塑性低,黏结性小,耐火度高。主要作造纸、橡胶、耐火和陶瓷工业的原料。高岭石黏土(岩)可分为风化残积型和沉积型。风化残积型的著名产地有江西景德镇、湖南衡阳等地。沉积型的可由SiO2和Al2O3胶体在酸性介质中凝聚而成,也可由风化残积型高岭土(岩)的侵蚀破坏产物,以机械方式而成。中国晚古生代和部分中生代含煤岩系中沉积型高岭土(岩)的储量远大于风化残积型高岭土(岩)。著名产地有河北唐山、山东淄博等地。中国许多煤田中发现有一种高岭石泥岩,是一种优质高岭土矿床。在高岭石泥岩中,发现了高温石英、透长石以及自形锆石、磷灰石和褐色黑云母等矿物,结合其地质产状,使人们相信,火山灰降落,后经蚀变是这类高岭石泥岩的形成机理。

  2.蒙脱石黏土(岩),主要由蒙脱石组成,常含少量白云母、绿泥石、碳酸盐矿物、石膏、有机质以及未分解的火山凝灰物质等。岩石常呈白、粉红、淡绿、浅黄等色。吸水性、可塑性和黏结性强。按其工艺性能和用途,又分为膨润土(又称斑脱岩)和漂白土。膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的黏土,具有极强的吸水性,吸水后体积可膨胀10~30倍,还具有很强的阳离子交换性能。按化学成分可分为钠基膨润土和钙基膨润土。漂白土是一种胶质黏土,成分与膨润土相似,但钙多、钠少,吸附性能强,在精炼石油产品及精制矿物油和植物油时,作为脱色剂或漂白剂。中国主要产地有吉林舒兰,浙江余杭、临安,江苏江宁,新疆托克逊等地。蒙脱石黏土(岩),是在碱性介质(pH=7~8.5)中,由凝灰岩或玻璃质喷出岩在海水或地下水的作用下的分解产物,堆积于原地或沉积于湖泊、海湾以及深海中而成。

  3.伊利石黏土(岩),是以伊利石为主的分布最广的一类黏土(岩),但经常含有其他黏土矿物,以及石英、长石、云母等碎屑和有机质。岩石常呈灰、黄褐等色,水平层理发育。由于常含较多杂质,一般仅作粗陶瓷制品及制砖瓦原料。伊利石黏土(岩)在大陆及海洋环境中均可生成。地层时代越老,其相对含量也越高,这与成岩作用有关。

  4.泥岩和页岩,泥岩是块状的不具纹理或页理的泥质岩,页岩是具纹理或页理的泥质岩。这两种岩石的成分以伊利石为主,此外常含其他黏土矿物和一些碎屑矿物及某些自生矿物。按混入物的化学成分,又可划分:含CaCO3(小于25%)的钙质泥岩或钙质页岩。含铁离子铁质泥岩或铁质页岩。富含SiO2(含量可达85%以上)的硅质泥岩或硅质页岩。含大量碳化有机质的,碳质泥岩或碳质页岩。含较多有机质和细分散的硫化铁而显黑色的黑色泥岩或黑色页岩。黑色页岩中常有各种金属元素,有时达工业品位。富含生物,可成生油岩系。黑色页岩是在不寻常的缺氧条件下形成的。含一定数量干酪根(大于10%)的页岩,称为油页岩,可从中提取若干有用气体和焦油。

  成岩作用 泥质岩在成岩阶段主要发生压实作用和矿物成分的转变。软泥中富含水,多者达总体积的70%~90%。在上覆地层的压实作用下,排出大部分的水。因此,在埋深1,000米左右,泥质沉积物仅含30%的水,此时已形成泥质岩。随着埋深加大,发生不同程度的脱水作用,最后泥质岩中只剩下百分之几的水。矿物成分的转变主要是由于埋深增加而温度逐渐升高所致,蒙脱石在地温75~95℃时开始变成混层黏土(如蒙脱石–伊利石),地温增至150℃以上时,逐渐转化为伊利石和绿泥石。高岭石在100℃以上时,当孔隙溶液中[K+]/[H+]比值升高时,转变成伊利石。当过渡到初始变质(温度为200~300℃,压力为1×108~2×108帕)时,可出现叶蜡石和浊沸石。随着初始变质程度的加强和继之而来的低级变质作用,最后,伊利石被绢云母和绿泥石代替。因此,研究黏土矿物在成岩作用中的转变,可以提供重要的地热信息,指示石油的生成、保存和煤级的变化。

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