泥岩的成岩作用

泥岩的成分是什么？~

灰岩 (Limestone)，俗称灰岩，以方解石为主要成分的碳酸盐岩。石灰岩是一种沉积岩。有时含有白云石、粘土矿物和碎屑矿物，有灰、灰白、灰黑、黄、浅红、褐红等色，硬度一般不大，与稀盐酸反应剧烈。
结构较为复杂，有碎屑结构和晶粒结构两种。碎屑结构多由颗粒、泥晶基质和亮晶胶结物构成。颗粒又称粒屑，主要有内碎屑、生物碎屑和鲕粒等，泥晶基质是由碳酸钙细屑或晶体组成的灰泥，质点大多小于0.05毫米，亮晶胶结物是充填于岩石颗粒之间孔隙中的化学沉淀物，是直径大于0.01毫米的方解石晶体颗粒；晶粒结构是由化学及生物化学作用沉淀而成的晶体颗粒。
定名
首先说明什么是泥质岩，泥质岩是粒度<0.0039mm（即<4μm）主要由粘土矿物组成的岩石。
泥质岩的分类： 通用的分类中主要依据泥质岩的固结程度、结构、构造、矿物成分、化学及有机混入物和颜色等因素进行分类。
包含：未固结的泥；固结的无纹理无页理的泥岩；固结的有纹理有页理的页岩；强固结的泥板岩。
泥岩又可分为：含粉砂泥岩，粉砂质泥岩，钙质泥岩、硅质泥岩、铁质泥岩、炭质泥岩、锰质泥岩，黄色泥岩、灰色泥岩、红色泥岩、黑色泥岩、褐色泥岩，高岭石粘土岩、伊利石粘土岩、高岭石-伊利石粘土岩。
泥岩的命名：弱固结的粘土经过中等程度的后生作用（如挤压作用、脱水作用、重结晶作用及胶结作用等）即可形成强固结的泥岩和页岩。泥岩是已固结成岩的，但层理不明显，或呈块状，局部失去可塑性，遇水不立即膨胀的沉积型岩石。
成分
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。②铁质泥岩。含较多的铁矿物，如赤铁矿、褐铁矿、针铁矿等，多见于红色岩层。③硅质泥岩。SiO2含量较高，不含或极少含铁质和碳酸盐质物，常与铁质岩、硅质岩、锰质岩相伴生。泥岩具吸水、粘结、耐火等性能，可用于制砖瓦、制陶等工业。

粘土含量不同。
泥灰岩： 通常指由粉砂及泥级碳酸盐与粘土矿物混合组成的一种松、软、易碎的较新的沉积岩。常呈灰、黄、绿等色，也有深色的。按重量碳酸盐成分占30～70％，矿物主要为方解石，白云石、文石少见，菱铁矿更少。粘土矿物有伊利石，蒙脱石、高岭石鸡攻惯纪甙慌轨苇憨俩不常见。副组分有石英、海绿石、长石、磷灰石族、铁矿物、有机质等。
有时全无陆源碎屑。显微镜下可见方解石，为碎屑状。海相的常有有孔虫壳及颗石碎片。细密，宏观上一般不显层理，成岩后可呈次贝壳状断口。
分布广泛的海相泥灰岩常含原地生成的化石和微体化石的残体，说明其沉积于安静海盆，有些还远离大河入海口。与三角洲有关的从其中生物来看，水深不大。湖相的属安静浅水环境产物。可作水泥辅料及土壤肥料。
泥岩Mudstone一种由泥巴及黏土固化而成的沉积岩，其成分与构造和页岩相似但较不易碎。一种层理或页理不明显的粘土岩。泥岩的定名：首先说明什么是泥质岩，泥质岩是粒度<0.0039mm（即<4μm）主要由粘土矿物组成的岩石。泥质岩的分类：目前通用的分类中主要依据泥质岩的固结程度、结构、构造、矿物成分、化学及有机混入物和颜色等因素进行分类。
包含：未固结的泥；固结的无纹理无页理的泥岩；固结的有纹理有页理的页岩；强固结的泥板岩。泥岩又可分为：含粉砂泥岩，粉砂质泥岩，钙质泥岩、硅质泥岩、铁质泥岩、炭质泥岩、锰质泥岩，黄色泥岩、灰色泥岩、红色泥岩、黑色泥岩、褐色泥岩，高岭石粘土岩、伊利石粘土岩、高岭石-伊利石粘土岩。
现在说泥岩的命名：弱固结的粘土经过中等程度的后生作用（如挤压作用、脱水作用、重结晶作用及胶结作用等）即可形成强固结的泥岩和页岩。泥岩是已固结成岩的，但层理不明显，或呈块状，局部失去可塑性，遇水不立即膨胀的沉积型岩石。
顺便说一下页岩的命名：弱固结的粘土经过中等程度的后生作用（如挤压作用、脱水作用、重结晶作用及胶结作用等）即可形成强固结的泥岩和页岩。页岩是已固结成岩的，但具有明显的页状层理，已大部分失去可塑性的沉积型岩石。
石灰石矿的主要成分是碳酸钙CaCO3，石灰石是一种含有单个方解石矿物成分的岩石，方解石成分占95%，其含有的另外少量矿物质有白云石、菱铁矿、石英、长石、云母以及能够体现石材颜色的粘土矿物质。成分纯净的石灰石是白色的。褐铁矿和菱铁矿使石灰石产生黄褐色的图案和颜色，如血红色、海绿色、亚氯酸盐绿、沥青灰直至黑色。 产自海水中的石灰石由动植物的骨骼碎片、石灰质泥的物理变化以及海水中的有机物等多种成分构成。这些有机物死后，碳酸盐在海水中被溶解，堆积在海底，逐渐形成碳酸钙及贝壳质组织。通常石灰石被切割后，会发现在石材内部存在完整无缺或被破坏了的生物化石。 水泥灰岩矿主要成份是硅酸盐。
泥灰岩中泥岩的成分含量大于泥质灰岩中的泥岩成分。相同的是滴盐酸都会起泡。就这么简单。

一、压实作用

泥质沉积物的压实作用是泥质岩最重要的成岩作用。这是由于黏土沉积物的原始孔隙度很大，另外，在压实作用下片状的黏土矿物要比等粒状的颗粒在几何上能堆积得更加紧密。泥质沉积物的压实作用包括两种组构上的变化:①孔隙度的快速降低;②黏土矿物的定向排列。

1.孔隙度降低

泥质沉积物的原始孔隙度为70%～90%，随埋藏深度的增加，在压实作用下，通过质点的重新排列和形变或破裂，孔隙水的排出，孔隙度会快速降低。大约在埋深300～500m深处，孔隙度将迅速降低，到埋藏深度大于500m时，孔隙度则降低较慢。在2000m深处，孔隙度为10%～20%，到4000m深处，孔隙度为5%～10%，到6000m深处时仅为3%～3.5%。在相似埋藏深度范围之内，泥质沉积物的孔隙度降低幅度大于砂质沉积物。泥质沉积物的孔隙度降低不是因为孔隙被充填，而是因为孔隙水的排出。

2.黏土矿物定向排列

黏土矿物片状的外形和所携带的负电荷，使黏土矿物颗粒凝结成松散的、随机的排列形式。其排列形式主要为蜂巢状、卡片房状和集合体构造。颗粒间的距离变化很大，较大的孔隙有助于黏土沉积物的脱水作用(Engelhardt＆Gaida，1963)。一旦承受负荷压力，这些开放的构造将垮塌形成或多或少相互平行的构造。当压实前黏土颗粒呈杂乱无章的排列时，压实后则形成泥岩;当压实前黏土颗粒呈大致平行排列时，压实后则形成页岩。

二、黏土矿物的成岩转化

黏土矿物对温度升高和粒间溶液成分发生改变极为敏感。在成岩作用过程中这两个参数的变化将引起黏土矿物在矿物学上的改变。Weaver(1967)曾统计了各个地质时代黏土矿物的分布，他发现时代愈老，伊利石和绿泥石的含量愈多，而高岭石和蒙脱石相对减少。元古宙和早古生代泥岩以伊利石和绿泥石为主而中新生代以蒙脱石、伊利石和高岭石为主。这些趋势被Weaver(1967)部分地归因于陆生植物的出现，它们提供了大量的腐殖土和酸性化的土壤，这有利于高岭石的形成。钾被植物所利用和再旋回，且保留在陆地上，这使海水中的钠含量相对增高，从而有利于蒙脱石的形成(Pettijohn，1975)。然而近年来的研究表明，这种趋势是黏土矿物成岩转化的结果(Perry＆Hower，1970)。

1.高岭石的成岩转化

高岭石族黏土矿物包括高岭石、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。

在表生或风化作用阶段，高岭石是在稀释的酸性介质水与长石及其他硅酸盐矿物反应而成，或者由蒙脱石退化成高岭石(曾允孚等，1986)。由于高岭石的形成需要酸性淋滤条件，因而高岭石与高岭族黏土矿物不能形成于海相环境中(Lewis，1984)。如果环境是酸性的，高岭石将结晶形成地开石，偶尔形成珍珠陶土。在碱性环境中则可以发生伊利石化和绿泥石化(Dunoyer de Segonzac，1978)。

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⁺存在，即转化成伊利石;如有Ca²⁺、Na²⁺和Mg²⁺存在，即转化成蒙脱石。

根据钻孔资料，高岭石在一定的埋深条件下消失殆尽。其消失的温度为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，地层水往往呈碱性，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.蒙脱石的成岩转化

现代，趋向于建立一个蒙皂石族(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(在四面体层中Al代替Si)两个亚组(Lewis，1984)。蒙脱石有两个四面体层夹一个八面体层组成。蒙脱石形成于淋滤作用有限并有Mg²⁺供应的碱性条件下(Lewis，1984)。

通过世界上不同地区、不同深度的钻孔对蒙脱石与伊利石相对丰度变化的研究，人们逐渐认识到，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－伊利石混合黏土，同时随着埋深进一步增加，伊利石所占的比例增大。Hower et al.(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－伊利石混合黏土中有不足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＜2μm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。

蒙脱石向伊利石的转化是由于二者在晶体结构上是相似的。二者都由两个四面体层和一个八面体层组成，不同的是，蒙脱石层间充填的是水分子，而伊利石层间充填的是K⁺。在化学成分上，伊利石中所含的Al和Si比蒙脱石多，且蒙脱石中不含K⁺。因此蒙脱石转变成伊利石的首要条件是，在K⁺存在的条件下脱去水层，其反应式:

岩石学

反应过程中需要的K⁺来自泥质岩中存在的钾长石和云母的分解，反应过程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℃之间，发现蒙脱石－伊利石混合黏土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，钾长石减少到零，而细粒石英或燧石的含量却增大约一倍。

如果有Fe²⁺和Mg²⁺存在，蒙脱石则通过蒙脱石－绿泥石混合层转化成绿泥石。如果孔隙水是酸性的，蒙脱石也可形成高岭石。

实际上，在成岩作用过程中，蒙脱石向伊利石和绿泥石的转化往往要经由混合阶段，即伊－蒙混合和伊－绿混合，其形成有两个主要途径:一是钾和钠的途径，可能通过钠板石类型的规则(有序)混层形成伊利石;另一个是镁的途径，可能通过柯绿泥石类型的规则混层而形成绿泥石。

3.伊利石和绿泥石的成岩转化

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黏土矿物，过去称之为水云母。伊利石和绿泥石在埋藏成岩作用过程中，若在酸性孔隙水内，两者均不稳定，甚至可以消失或转化成高岭石。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恢复古地温的标志。

三、泥质沉积物的脱水作用

当泥质沉积物沉积时，水可占据沉积物体积的70%～80%，并且主要以黏土矿物颗粒之间的孔隙水存在。此外，黏土矿物内还存在三种状态的水:吸附于颗粒表面的吸附水、包含在黏土矿物晶体层的层间水，以及以(OH)形式包含在构造内部的化合水(结构水)。泥质沉积物被埋藏后，在上覆地层的压力下，沉积物中的孔隙水很快被大量排出。在达到1km左右的埋深时，泥质沉积物中仅含30%左右的水。这些水主要是黏土矿物内的吸附水、层间水和化合水。如果埋藏超过1km达几千米时，不仅残留的孔隙水要继续排出，而且黏土矿物中的层间水、吸附水和化合水都可以排出。吸附水的排出对晶体结构并无影响，但层间水和化合水的排出会使晶体结构发生变化。

在压实作用过程中，通过脱水而引起晶体结构发生变化的黏土矿物主要是蒙脱石。根据Burst(1969)的研究，蒙脱石的脱水作用可分为3个阶段:

第一阶段:埋深为1000～1500m，黏土脱去孔隙水与过量的层间水(多于两层的)，含水量减至30%(其中20%～25%为层间水，5%～10%为残留孔隙水)，脱水作用主要由压实作用引起。

第二阶段:埋深大于1500m，地温为60～100℃，主要是热力作用脱去残留层间水，转化为混合黏土。这一阶段失去的水量为被压实体积的10%～15%，是原生孔隙水排出后最主要的一次脱水作用。

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。

黏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。蒙脱石向伊利石转化过程中形成的第二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。因而，黏土矿物的脱水为石油初次运移提供了足够的载体。

四、泥质沉积物中黏土矿物的成岩转化对相邻砂岩胶结作用的影响

泥质沉积物中黏土矿物的成岩转化，对于相邻砂岩的胶结作用具有十分重要的影响。前已述及，蒙脱石在转变成伊利石过程中将要把Si、Ca、Na、Fe和Mg释放到孔隙溶液中。而孔隙溶液可以把这些溶液中的离子从泥岩中运移到砂岩中去，其中Si以石英次生加大边的形式沉淀下来，Fe和Mg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;Na则与钠长石化有关。这些预想的成岩作用现象在与页岩相邻的砂岩中都有所发现。例如，在湾岸地区与页岩相邻的砂岩中业已发现石英的次生加大边，晚期铁方解石、铁白云石和菱铁矿，绿泥石和广泛的钠长石化(Boles，1978;Boles＆Franks，1979)。这说明在成岩过程中，泥质沉积物向砂质沉积物中的物质转移是可信的(图13－11)。

图13－11 压实过程中蒙皂石的转化与生、排烃之间的关系(Powers，1967)

---

崂山区15976447229： 成岩阶段划分 - ？
仝绿金振： 成岩阶段是沉积岩在埋藏过程中,由埋深、地温、压力等因素的变化及其与地层水等流体共同作用,而形成的成岩演化期次.不同成岩期次中,发生的成岩变化、产生的成岩现象及影响次生孔隙发育的程度不同,藉此可以判断成岩演化程度与孔...

崂山区15976447229： 储集层和盖层是什么? - ？
仝绿金振： 大量油气勘探及开发实践,纠正了人们最初以为地下有油湖、油河之类的错误认识,逐渐知道石油和天然气不是储存在地下的什么油湖、油河之中,而是储存在那些具有相互连通的空隙、裂隙的岩层内,好像水充满于海绵里一样. 具有一定孔隙...

崂山区15976447229： 常见的岩石有哪些? - ？
仝绿金振： 常见的岩石有: 1、泥岩:是指弱固结的黏土经过中等程度的后生作用(如挤压作用、脱水作用、重结晶作用和胶结作用)形成强固结的岩石.是已固结成岩的,但层理不明显,或呈块状,局部失去可塑性,遇水不立即膨胀的沉积型岩石. 2、...

崂山区15976447229： 泥岩的岩性积分类 - ？
仝绿金振： 也叫粘土岩. 泥质岩的分类:目前通用的分类中主要依据泥质岩的固结程度、结构、构造、矿物成分、化学及有机混入物和颜色等因素进行分类. 包含:未固结的泥;固结的无纹理无页理的泥岩;固结的有纹理有页理的页岩;强固结的泥板岩. 泥岩又可分为:含粉砂泥岩,粉砂质泥岩,钙质泥岩、硅质泥岩、铁质泥岩、炭质泥岩、锰质泥岩,黄色泥岩、灰色泥岩、红色泥岩、黑色泥岩、褐色泥岩,高岭石粘土岩、伊利石粘土岩、高岭石-伊利石粘土岩.

崂山区15976447229： 求几种岩石的岩石描述 - ？
仝绿金振： 泥岩:弱固结的粘土经过中等程度的后生作用(如挤压作用、脱水作用、重结晶作用及胶结作用等)即可形成强固结的泥岩和页岩.泥岩是已固结成岩的,但层理不明显,或呈块状,局部失去可塑性,遇水不立即膨胀的沉积型岩石.绿泥石片岩...

崂山区15976447229： 岩石的分类标准 - ？
仝绿金振： 岩石分类是指造岩矿物按一定的结构集合而成的地质体成为岩石,依据其成因可分成岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类. 1、岩浆是存在于地壳下面高温、高压的熔融状态的硅酸盐物质.岩浆内部的压力很大,不断向压力低的地方移动,以至冲破...

崂山区15976447229： 认识几种常见的岩石 - ？
仝绿金振： ① 火成岩 也称岩浆岩.来自地球内部的熔融物质,在不同地质条件下冷凝固结而成的岩石.当熔浆由火山通道喷溢出地表凝固形成的岩石,称喷出岩或称火山岩.常见的火山岩有玄武岩、安山岩和流纹岩等.当熔岩上升未达地表而在地壳一定...

崂山区15976447229： 泥质在碎屑岩储集层中分布有哪三种 - ？
仝绿金振： 碎屑岩包括角砾岩、砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩等,因此砂岩储集层属于碎屑岩储集层.

崂山区15976447229： 有没有黏土、泥岩、砂岩岩心描述的详细资料? - ？
仝绿金振： 黏土clay(nián tǔ):含沙粒很少、有黏性的土壤,水分不容易从中通过 粘土是可塑性的包括高岭土、多水高岭土、颗粒非常小的(<2µm)硅酸铝盐.除了铝外粘土还包含少量镁、铁、钠、钾和钙. 粘土一般由硅酸盐矿物在地球表面风化后形...

崂山区15976447229： 泥岩、泥灰岩、泥质灰岩有什么区别? - ？
仝绿金振： 灰岩按泥质含量可以分为: 石灰岩:泥质含量0-10% 含泥石灰岩:泥质含量10%-25% 泥灰岩:泥质含量25%-50% 泥灰岩:即泥质灰岩.为隐晶质或微晶结构,致密,多层薄层或中厚层,颜色多样.