第08章---泥質(zhì)巖的成巖.ppt

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1、第八章泥質(zhì)巖的成巖作用與砂巖相比，沉積作用不盡相同，壓實(shí)作用顯得更為重要，原泥質(zhì)沉積物含70%，原狀礦物易緊密堆積。在埋深1—1.5Km時(shí)含水30%，埋深2Km失水較少。2--4Km溫度100℃左右，層間水大部分排除掉，粘土被壓實(shí)，粘土礦物發(fā)生相轉(zhuǎn)換，定向排列?！?.1早期成巖作用§8.2晚期成巖作用§8.3高級(jí)成巖作用§8.1早期成巖作用在沉積物表面最上幾米所發(fā)生的成巖作用，若10米厚的沉積物，約需經(jīng)萬(wàn)余年，海相褐色泥巖沉積物需經(jīng)1千萬(wàn)年。粘土礦物成分的轉(zhuǎn)化速度較慢，陸源碎屑的粘土搬入海洋變化較快，蒙脫石等發(fā)生陽(yáng)離子交換，失去二價(jià)鐵（Fe2+）轉(zhuǎn)為黃鐵礦。結(jié)核一般認(rèn)為是

2、早期成巖作用的產(chǎn)物，伊利斯（1949）提出早期形成，據(jù)與圍巖的關(guān)系劃分三種:成巖礦物充填空隙列成的晶體增長(zhǎng)形成圍巖交代形成常見(jiàn)的石英巖，硅質(zhì)結(jié)核認(rèn)為是第三種成因，黃鐵礦，白鐵礦是第二種成因，泥巖地層中的鈣質(zhì)結(jié)核是第一種成因。一般據(jù)碳酸巖的含量可計(jì)算出粘土巖的孔隙度為0.7—0.8，推測(cè)結(jié)核形成時(shí)在深度幾米之外。早期階段，鈣、鐵、碳酸鹽的活動(dòng)性比較大，結(jié)核形成往往與化石有關(guān)，江西龍?zhí)渡喜康慕Y(jié)核大部分其中包有菊石。有機(jī)物的分解可產(chǎn)生胺以及氨，使溶液PH值增大，溶液便利于碳酸鹽沉積。有人提出矛盾，若10cm直徑的結(jié)核，含有平均80%或1—3kg的碳酸鈣，沉積這樣的碳酸鈣需干的1

3、——6kg動(dòng)物或5—7km植物的物質(zhì)，按有機(jī)律收縮后的僅占原來(lái)的1%，則需求量很大，也可能結(jié)核核心與化石有關(guān)，碳酸鈣的來(lái)源有可能是鈣質(zhì)生物殼的溶解。也不能全部用生物的存在解釋。參看：<<沉積物與沉積巖的成巖作用>>一書(shū)，有關(guān)“泥質(zhì)沉積物和有機(jī)質(zhì)的成巖轉(zhuǎn)化”問(wèn)題。§8.2晚期成巖作用盆地漸漸凹陷，溫度、壓力增高，但未進(jìn)變質(zhì)作用階段。8.2.1泥質(zhì)沉積物的壓實(shí)作用8.2.2粘土礦物的轉(zhuǎn)化8.2.3伊利石的成巖變化8.2.4綠泥石的成巖變化8.2.1泥質(zhì)沉積物的壓實(shí)作用泥質(zhì)沉積物從沉積下來(lái)就一直受到壓實(shí)作用，深埋2km，壓實(shí)作用更強(qiáng)烈，將孔隙水進(jìn)一步排出，粘土礦物出現(xiàn)定向排列，

4、除壓力外，與其他許多因素有關(guān)，包括電解質(zhì)多少，有機(jī)質(zhì)含量，礦物的粘度。1有機(jī)質(zhì)含量高，巖石定向排列較好，煤層底板粘土低，頂板有機(jī)質(zhì)含量高，定向性好。2沉積條件：原來(lái)沉積時(shí)就具有高度擇優(yōu)取向的粘土優(yōu)先地產(chǎn)生一重定向結(jié)構(gòu)。3顆粒來(lái)源：粗粒的高嶺石和伊利石粘土比細(xì)粒的如蒙脫石粘土在壓實(shí)過(guò)程中得到較好的定向。4電解質(zhì)：電解質(zhì)影響壓實(shí)速度、礦物排列、孔隙水鹽度高，NaCl含量高，壓實(shí)好，礦物定向排列。8.2.2粘土礦物的轉(zhuǎn)化高嶺石在風(fēng)化旋回和成巖階段的特性風(fēng)化旋回高嶺石在風(fēng)化帶中極為常見(jiàn)，特別是在溫帶和熱帶氣候區(qū)，風(fēng)化作用形成的高嶺石是無(wú)序或低結(jié)晶結(jié)構(gòu)的。風(fēng)化成因高嶺石顆粒比其它成

5、因的粘土要粗一些，易于沉積在近岸地帶，可作為一種指示劑。成巖作用中高嶺石的形成成巖作用形成高嶺石要求酸性的孔隙水，低PH值，形成有序的高嶺石，形如蠕蟲(chóng)狀或書(shū)頁(yè)狀。高嶺石的轉(zhuǎn)化問(wèn)題可轉(zhuǎn)變成其它同質(zhì)異構(gòu)體，如變成迪開(kāi)石，珍珠陶土等。在地表，由于溶解作用提高了濃度，離子濃度隨深度加大，高嶺石可轉(zhuǎn)變成別的礦物，如：有鉀、鋁離子存在時(shí)高嶺石可轉(zhuǎn)變成伊利石有鎂、鋁離子存在時(shí)高嶺石可轉(zhuǎn)變成綠泥石溫度的影響——高嶺石隨著溫度的升高而變化從熱力學(xué)條件看，高嶺石穩(wěn)定范圍25——300℃，壓力1Pa——2kpa,在溫度加大，當(dāng)有石英存在時(shí)，高嶺石也形成蠟石高嶺石在各種成巖作用中消失，不僅決定于

6、溫度，而且決定于孔隙水中離子的組合，高嶺石不能當(dāng)成地溫指示劑或深度的標(biāo)志。隨著孔隙水離子濃度的增加，巖石埋藏深度的增加，地質(zhì)年代的變遷，高嶺石的數(shù)量越來(lái)越少，蒙脫石也隨地質(zhì)年代變遷而減少，而伊利石和綠泥石隨地質(zhì)年代變遷數(shù)量增加。高嶺石在酸性介質(zhì)中形成迪開(kāi)石，進(jìn)一步形成珍珠陶土，在堿性介質(zhì)中形成伊利石和綠泥石。2.蒙皂石族的成巖轉(zhuǎn)化和成巖階段蒙皂石可形成于5種環(huán)境：土壤帶堿性湖泊或其它的堿性條件下斑脫巖帶遠(yuǎn)洋沉積摻水涵洞蒙皂石是風(fēng)化作用較弱的產(chǎn)物，一般位于熱帶較深的剖面下部，形成于堿性離子存在的條件下，沉積的是三八面體結(jié)構(gòu)的粘土礦物，包括皂石、蛙石、海泡石和坡縷石。斑脫石是

7、由火山灰風(fēng)化而成，是火山玻璃轉(zhuǎn)化成蒙皂石類(lèi)礦物的結(jié)果。蒙皂石在沉積物中含量豐富是由于火山玻璃轉(zhuǎn)化而成的緣故?，F(xiàn)代世界大洋中，粘度小于2μ的蒙皂石主要分布在南太平洋地區(qū)。最主要的蒙皂石是皂石類(lèi)，是三八面體，也有二八面體蒙皂石。蒙皂石在早期成巖和深埋階段晶體結(jié)構(gòu)的變化表現(xiàn)為蒙皂石向伊利石和綠泥石的轉(zhuǎn)變。蒙皂石轉(zhuǎn)化成伊利石的途徑是失去晶體結(jié)構(gòu)中的層間水和得到鉀離子和鋁離子。Burst把蒙皂石向伊利石和綠泥石的轉(zhuǎn)變分為三個(gè)階段:初始沉積物中蒙脫石含有70%層間水，7%孔隙水，13%膨脹粘土團(tuán)體，5%非粘土土壤，這是海洋底粘土沉積的百分