泥質岩

粒徑小於0.0039毫米的細碎屑含量大於50％、並含有大量粘土礦物的沉積岩。又稱粘土岩，疏鬆的稱為粘土，固結的稱為頁岩和泥岩。泥質岩是分佈最廣的一類沉積岩。地球表面大陸沉積物中的69％是頁岩，在整個地質時期所產生的沉積物中，頁岩佔80％。因此，泥質岩的系統研究，對地殼物質成分的演化，追溯地殼表層的發展史，推論古沉積環境都是非常重要的。大多數泥質岩是母岩風化產物中的細碎屑，呈懸浮狀態被搬運到水盆地中，以機械方式沉積而成。由鋁硅酸鹽礦物的分解產物在原地堆積或在水盆地中通過膠體凝聚作用而形成的泥質岩是比較少見的。因此，從形成機理來看，泥質岩應屬於陸源碎屑岩。

泥質岩的物理性質，如可塑性、耐火性、燒結性、吸附性、吸水性等被廣泛應用於各種工業中。在黑色頁岩、炭質頁岩中，發現了含鎳、鉬、釩、鉛、鉑、鈀、鈰、釔等元素的礦床。

礦物組成 主要由粘土礦物組成，其次為碎屑礦物如石英、長石和少量自生非粘土礦物，包括鐵、錳、鋁的氧化物和氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硫化物、硅質礦物，以及一些磷酸鹽等。此外，還含有不定量的有機質。泥質岩的平均礦物成分為：粘土礦物佔58％，石英28％，長石6％，碳酸鹽礦物5％,氧化鐵礦物2％。粘土礦物主要包括高嶺石族、蒙脫石族和伊利石族礦物。它們的晶體結構、化學成分、物理性質均不相同，其成因也各異。高嶺石是在雨量充沛、排水良好和酸性水中形成的，為熱帶和亞熱帶的典型產物。蒙脫石通常由火山玻璃蝕變而來，常見於鹼性土壤中。在埋藏成岩作用中，蒙脫石將轉變成伊利石。伊利石是數量最多的粘土礦物，大部分來源於先成頁岩，也是深埋頁岩的主要組分，其中伊利石常與綠泥石共生。

化學成分 泥質岩的化學成分主要取決於它的礦物成分和所吸附離子的成分和含量。泥質岩的化學成分以SiO2、Al2O3和H2O為主，其中又以SiO2為最多。頁岩的平均化學成分含量(%)為：SiO2 58.10, Al2O3 15.40,Fe2O3 4.02, FeO 2.45, MgO 2.44, CaO 3.11,Na2O 1.30, K2O 3.24, CO2 2.63, C 0.80, H2O 5.00。

泥質岩中SiO2含量主要取決於石英含量，大部分CaO和少量MgO取決於碳酸鹽礦物的多少。Al2O3、Fe2O3、FeO、Na2O、K2O主要賦存於粘土礦物中，這些氧化物的含量變化取決於不同的粘土礦物。

沉積環境對泥質岩的化學成分也有一定的影響。如美國賓夕法尼亞系海成粘土比非海成粘土含有更多的鈣。

結構和構造 泥質岩常見結構有：①泥質結構。主要由小於4微米的顆粒組成，因而岩石緻密均一。當含粉砂和砂時，則形成各種過渡類型結構，如粉砂泥質結構、砂泥質結構等。②鮞粒和豆粒結構。粘土質點圍繞核心凝聚而成，直徑小於2毫米的稱鮞粒，大於2毫米的稱豆粒，常見於膠體成因的粘土岩中。③同生礫屑結構。粘土物質沉積后，尚未完全固結，受到流水沖刷形成礫屑，又被粘土物質膠結而成。粘土岩的構造分宏觀構造和顯微構造。宏觀構造中最顯著的是由於粘土礦物的定向排列而呈現出的剝裂性，在頁岩中最常見。常見的顯微構造有：由極細小的鱗片狀粘土礦物雜亂分佈而成的鱗片構造，多見於泥岩中；由纖維狀粘土礦物錯綜交織而成的氈狀構造和由片狀粘土礦物定向排列而成的定向構造。常在靜水環境中形成，也可以是壓實作用的結果。

主要岩石類型 泥質岩的主要岩類有下列幾種：①高嶺石粘土（岩），又稱高嶺土，因首先發現於中國江西景德鎮附近的高嶺村而得名。主要由高嶺石組成，質純者其含量可達90％以上，其次是埃洛石和伊利石，混入物有石英、長石、雲母、黃鐵礦、菱鐵礦和有機質等。其化學成分主要是SiO2、Al2O3和H2O。岩石多呈白、灰等色，含雜質時色變深。緻密塊狀或疏鬆土狀，有膩滑感，可塑性低，粘結性小，耐火度高，可達1770～1790℃,具良好的絕緣性和化學穩定性。主要作造紙塗料、填料、橡膠、塑料、油漆填料和陶瓷原料。用高嶺土製合成沸石，可用於氣體和液體的吸附、乾燥、分離凈化，以及石油的催化、裂化等。高嶺石粘土（岩）可分為風化殘積型和沉積型。前者主要發育在酸性及中酸性侵入岩的風化殼中，在溫暖潮濕的氣候條件下，由鋁硅酸鹽礦物分解而成。著名產地有江西景德鎮、湖南衡陽等地。後者是由SiO2和Al2O3膠體在酸性介質中凝聚而成，也可以是風化殘積型高嶺土（岩）的侵蝕破壞產物，以機械方式沉積而成。中國晚古生代和部分中生代含煤岩系中沉積型高嶺土（岩）的儲量遠大於風化殘積型高嶺土(岩)。著名產地有河北唐山、山東淄博等地。中國許多煤田中發現有一種高嶺石泥岩，呈煤層夾矸產出，幾乎由純高嶺石組成，是一種優質高嶺土礦床，厚度不大，但層位穩定，分佈範圍廣泛，可作地層和煤層對比標誌。在高嶺石泥岩中，發現了高溫石英、透長石以及自形鋯石、磷灰石和褐色黑雲母等特殊重礦物，結合它的地質產狀，使人們相信，火山灰降落，后經蝕變是高嶺石泥岩的形成機理。②蒙脫石粘土（岩）,主要由蒙脫石組成，常含少量白雲母、綠泥石、碳酸鹽礦物、石膏、有機質以及未分解的火山凝灰物質等。岩石常呈白、粉紅、淡綠、淺黃等色。吸水性、可塑性和粘結性強，但耐火度弱。按其工藝性能和用途，又分為膨潤土（又稱斑脫岩）和漂白土。膨潤土是一種以蒙脫石為主要成分的粘土，具有極強的吸水性，吸水后，體積可膨脹10～30倍，還具有很強的陽離子交換性能。按化學成分可分為鈉基膨潤土和鈣基膨潤土。膨潤土在石油化工、製糖、油脂工業中用作脫色劑，鑄造工業中作粘結劑，鑽探中作泥漿材料。漂白土是一種膠質粘土，成分與膨潤土相似，但鈣多、鈉少，吸附性能強，在精鍊石油產品及精製礦物油和植物油時，作為脫色劑或漂白劑。中國主要產地有吉林舒蘭，浙江餘杭、臨安，江蘇江寧，新疆托克遜等地。蒙脫石粘土（岩）是凝灰岩或玻璃質噴出岩，在鹼性介質(pH=7～8.5)中，在海水或地下水的作用下的分解產物，堆積於原地或沉積於湖泊、海灣以及深海中而成。③伊利石粘土（岩），是以伊利石為主的分佈最廣的一類粘土(岩)，但經常含有其他粘土礦物，以及石英、長石、雲母等碎屑和有機質。岩石常呈灰、黃褐等色，水平層理髮育。由於常含較多雜質，一般僅作粗陶瓷製品及制磚瓦原料。伊利石粘土（岩）在大陸及海洋環境中均可生成。地層時代越老，其相對含量也越大，這與成岩作用有關。④泥岩和頁岩。泥岩是塊狀的不具紋理或頁理的泥質岩，頁岩是具紋理或頁理的泥質岩(見彩圖)。這兩種岩石成分以伊利石為主，此外常含其他粘土礦物和一些碎屑礦物及某些自生礦物。按混入物的化學成分，又可劃為：含CaCO3 (<25％)的，稱為鈣質泥岩和鈣質頁岩。含鐵離子時，岩石呈紅、紫紅、灰綠等色，稱為鐵質泥岩和鐵質頁岩。富含SiO2（含量可達85％以上）的，稱為硅質泥岩和硅質頁岩。含大量碳化有機質的，稱為碳質泥岩和碳質頁岩。含較多有機質和細分散的硫化鐵而顯黑色的，稱為黑色泥岩和黑色頁岩。黑色頁岩中常有各種金屬元素，有時達工業品位。黑色頁岩中銥和碳的異常含量，以及它在某些地質時期(如前寒武紀、早古生代、石炭紀等)在世界範圍內的廣泛分佈，引起地質學家的極大注意。認為黑色頁岩是在不尋常的缺氧事件下形成的。含一定數量乾酪根(>10%)的頁岩，稱為油頁岩，可從中提取若干有用氣體和焦油。

成岩作用 泥質岩在成岩階段主要發生壓實作用和礦物成分的轉變。軟泥中富含水，其水分多達總體積的70～90％。在上覆地層的壓實作用下，排出大部分的水。因此，在深度1公里左右，泥質沉積物僅含30％的水，此時已形成泥質岩。隨著埋深加大，發生不同程度的脫水作用，最後泥質岩中只剩下百分之幾的水。礦物成分的轉變主要是由於埋深增加而溫度逐漸升高。蒙脫石在地溫 75～95℃時開始變成混層粘土（如蒙脫石-伊利石），地溫增至150℃以上時，逐漸轉化為伊利石和綠泥石。高嶺石在100℃以上時，當孔隙溶液中【K+】/【H+】比值升高時，轉變成伊利石。當過渡到初始變質（溫度為200～300℃，壓力為1×108～2×108帕)時，可出現葉蠟石和濁沸石。隨著初始變質程度的加強和繼之而來的低級變質作用，最後，伊利石被絹雲母和綠泥石代替。因此，研究粘土礦物在成岩作用中的轉變，可以提供重要的地熱信息，指示石油的生成、保存和煤級的變化。

參考書目

F.J.Pettijohn, Sedimentary　Rocks,　3rd　ed., Horper and Row Publishers, New York, 1975.

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