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南黄海表层沉积物中粘土矿物分布及物源分析_宋召军

南黄海表层沉积物中粘土矿物分布及物源分析_宋召军
南黄海表层沉积物中粘土矿物分布及物源分析_宋召军

南黄海表层沉积物中粘土矿物分布及物源分析

宋召军1,张志珣2,余继峰1,刘新波2

(1.山东科技大学地质科学与工程学院,山东青岛266510;2.青岛海洋地质研究所,山东青岛266071)

摘 要:以南黄海表层沉积物中粘土矿物的测试数据为基础,分析了研究区内4种粘土矿物(伊利石、高岭石、蒙皂石、绿泥石)的分布特征。研究表明:本区伊利石含量最高,蒙皂石或高岭石次之,绿泥石含量最低;粘土矿物的组合类型以伊利石-蒙皂石-高岭石-绿泥石型为主,伊利石-高岭石-蒙皂石-绿泥石型次之;南黄海粘土矿物主要是陆源成因,物质主要来源于黄河和长江的供给。

关键词:粘土矿物;南黄海;分布特征;物质来源

中图分类号:P736.21 文献标志码:A 文章编号:1672-3767(2008)03-0001-04

Study on Distribution and Material Sources of Clay Minerals in

S urface Sediments of the Southern Yellow S ea

SONG Zhao-jun1,ZHANG Zhi-x un2,YU Ji-feng1,LIU Xin-bo2

(1.College o f G eo-science&Eng.,SU ST,Qing dao,Shandong266510,China;

2.Institute o f M arine G eolo gy,Q ing dao,Shandong266071,China)

A bstract:Based on the previously av ailable data o f clay minerals in the surface sediments o f the Southe rn Yellow

Sea,this paper mainly deals with the distribution of4types o f the clay minerals(illite,kao linite,smectite and chlo-rite).T he r esear ch results show that the content of the illite in this a rea is the highest,the smectite o r kao linite a re the second and chlo rite is the low est;the illite-smec tite-kao linete-chlo rite-ty pe rock is the main ty pe of the clay min-er als assemblage in the area,and the second one is illite-kao linete-smec tite-chlorite-ty pe;the material source of clay mine ral is mainly f rom the Y ellow Rive r and theYang tze River.

Key words:clay miner al;the Southern Y ellow Sea;distributio n characteristic;material so urce

粘土矿物是海洋沉积物的重要组成部分,广泛分布于各种类型的沉积物中。由于粘土矿物具有独特的物理化学性质,它对地质作用和地质环境的变化反映敏感,因而粘土矿物的组分、组合、形态、结构等特征可用于阐明海洋沉积作用、物质来源、沉积环境、古气候以及进行地层划分[1-3]。

南黄海是半封闭的陆架海,现代泥质沉积广泛发育,粘土矿物构成了区内沉积物的重要组分,其类型多样,分布广泛,是各种地质作用信息的重要载体。近年来许多学者对南黄海海区的粘土矿物进行了较为深入的研究,取得了许多重要成果[4-6]。本文在前人研究的基础上,利用国土资源部青岛海洋地质研究所2001年所取得的62个表层沉积物样品(取样站点主要分布于32°~36°N;121°~124°E)和分析数据,对南黄海表层沉积物中粘土矿物的分布特征及物质来源进行了分析。

1 样品的处理与分析

粘土矿物的处理方法是参照国家标准(GB/T13909—1992)《海洋调查规范—海洋地质地球物理调查》的方法,将约40~70g的柱状和表层沉积物样品,根据其中泥质组分的多寡,放入2000mL的烧杯中,加入

收稿日期:2007-08-27

基金项目:国家自然科学基金项目(40706027,40176021)

作者简介:宋召军(1976—),男,黑龙江木兰人,副教授,博士,主要从事海洋地质学、沉积学方面的研究.

蒸馏水充分洗涤搅拌成悬浮液。对于含有机质较多的样品,则先用适量的双氧水除去有机质并搅拌成悬浮液;然后按斯托克斯沉降定理,提取<2μm 的粘土组分,将提取到的粘土组分分别制成甘油饱和定向片及自然定向片。保留剩余的粘土组分,以备进行其他测试和验证用。本样品含铁、钙质不高,仅用双氧水处理后样品即可充分分散,为尽量保持样品中粘土矿物的原始特征,故未进行去铁、钙处理。

粘土矿物的X 衍射分析采用日本理学D /Max -RA 型高功率转靶X 射线衍射仪。粘土矿物的定性鉴定主要是根据经甘油饱和处理后的定向片的X 衍射图谱进行的。衍射图谱出来后对粘土矿物进行半定量分析,粘土矿物相对含量的半定量计算据Biscaye 方法[7]。

2 粘土矿物组合类型

研究区的粘土矿物类型主要为伊利石、蒙皂石、高岭石和绿泥石,混层粘土矿物在个别样品中的X 衍射图谱中有显示。

蒙皂石普遍结晶不良,在其X 衍射图谱中表现为在甘油处理后的X 衍射图谱中其衍射峰弥散、宽化,而其他三种粘土矿物的衍射峰则相对较尖锐,说明它们结晶良好。在研究区的沉积物中,粘土矿物的含量普遍以伊利石为主,其次分别为蒙皂石或高岭石,再次则为绿泥石。

研究区内粘土矿物的组合类型根据样品中各粘土矿物的相对含量,特别是蒙皂石的相对含量,可分为四种组合类型:伊利石-蒙皂石-高岭石-绿泥石型(Ⅰ型)、伊利石-高岭石-蒙皂石-绿泥石型(Ⅱ型)、伊利石-高岭石-绿泥石-蒙皂石型(Ⅲ型)、伊利石-高岭石-绿泥石型(Ⅳ型)。在表层沉积物中,粘土矿物的组合类型以Ⅰ型为主,其次为Ⅱ型,然后分别为Ⅲ型、Ⅳ型。Ⅲ型和Ⅳ型在本区表层沉积物中所占的比重不大(表1)。表1 粘土矿物的组合类型表T ab .1 T y pes of clay mineral assemblag e 各组合类型的频数粘土矿物组合类型Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型Ⅳ型样品个数472095百分比/%58.024.711.16.23 粘土矿物的含量和分布特征

3.1 伊利石

由表1可知,伊利石是研究区沉积物中含量最高的粘土

矿物,含量为44.5%~78.8%,平均值为61.80%。以56%

和64%为界,将伊利石分为低含量区(<56%)和高含量区

(>64%)。伊利石高值区(>64%)分布在研究区的西北部、西南部(苏北浅滩)和中部海域的小块地区;低值区(<56%)

主要分布在研究区中南部和东部。伊利石总的分布特征是,在研究区西北部、西南部和中部海域含量较高,其他地区含量较低(图1)。

3.2 蒙皂石

蒙皂石是研究区沉积物中含量较低的粘土矿物,含量为0.0~40.3%,平均值为15.8%。以12%和16%为界,将蒙皂石分为低含量区(<12%)和高含量区(>16%)。蒙皂石的高值区主要分布在研究区的东北部、海州湾外海和中南部;蒙皂石的低值区主要分布在研究区的南部、中部和西北部。蒙皂石总的分布特征是,研究区东北部、西部和中南部含量较高,而中部、西北部含量较低(图2),与伊利石相反。

3.3 高岭石

高岭石含量为9.3%~20.9%之间,平均值为13.0%(表1)。以12%和16%为界,将高岭石分为低含量区(<12%)和高含量区(>16%)(图3)。高岭石的高值区主要分布在研究区南部、中北部和西部;低含量分布区主要在研究区的中部和东北部、西北部。高岭石的总分布特征是,西部、中北部含量较高,而东南部、东部含量较低。

3.4 绿泥石

绿泥石含量在5.5%~14.6%之间,平均值为9.4%(表1),是研究区沉积物中含量最低的粘土矿物。以8%和12%为界,将绿泥石分为低含量区(<8%)和高含量区(>12%)(图4)。绿泥石的高值区主要分布在研究区西南部和中北部。绿泥石的低含量分布区主要在研究区的西北部和东部。

4 粘土矿物物质来源探讨

已有研究表明,南黄海粘土矿物主要是陆源的。南黄海西部有两大明显的物质来源:由沿岸流携带而来的现代黄河物质与苏北老黄河口堆积体受侵蚀再搬运而来的物质[4]和长江向东偏北方向运移进入南黄海中部的物质[8]。

本研究区位于南黄海,根据其中粘土矿物的类型和共生组合特点,说明其沉积物主要来自于周边黄河、长江水系等携带的大量陆源物质和邻近海域沉积物的再沉积作用。但风力以及流经沉积区内的黑潮分支之一黄海暖流也可带入陆源或来自大洋的细粒物质[9]。

粘土矿物一般由风化作用而形成,其类型主要取决于母岩类型和气候条件。如伊利石主要为长石的风化产物,而长石既是重要的造岩矿物又是各大岩类中普遍存在的矿物。因此,作为陆源物质的伊利石在本区沉积物中占主要地位就不足为奇了。高岭石和绿泥石也是入海陆源细粒物质的主要矿物成分。一般认为,

绿泥石的主要母岩是变质岩,主要形成于以物理风化为主的高纬度地区。高岭石则多形成于低纬度地区的

温暖潮湿环境中。而本区蒙皂石的情况则较为特殊。前已述及,本区蒙皂石结晶不良,表现为在其X衍射图谱中峰形弥散。蒙皂石的这一特征,在远洋沉积物中同样如此。

陆源物质在入海后,要面临一个长途搬运,混合以及沉积后的改造作用。因此,在本区沉积物中的粘土矿物均是多种因素共同作用后的产物,只不过某种因素起主要作用而已。

南黄海为半封闭陆架海,其粘土矿物的特征及其分布除受陆源区的母岩类型和气候环境影响外,还受搬运过程以及沉积区的沉积水动力条件控制。本区属黄海陆架,其环流系统为包括黑潮系统及沿岸流系统的气旋式环流系统。黑潮的分支之一黄海暖流对南黄海的影响较大。黑潮属大洋性强流,可携带大量的远洋物质,其中包括远洋粘土矿物,特别是蒙皂石。有研究表明[9],大洋中的蒙皂石大多是海底火山灰海解后的产物,在深海沉积物中的含量较丰富。因此,根据本区蒙皂石的X衍射特征,以及本区的沉积水动力环境,认为本区的蒙皂石除主要来自于黄河物质外,黑潮系统有可能带来一些远洋物质。

5 结论

1)研究区内的粘土矿物类型主要有伊利石、蒙皂石、高岭石和绿泥石四种,其中伊利石含量最高,蒙皂石或高岭石次之,绿泥石含量最低。

2)本区粘土矿物的组合类型有四种,其中以I型为主,其次为II型,Ⅲ型和Ⅳ型最少。

3)南黄海粘土矿物主要是陆源成因的,黄河、长江物质为其主要来源,远洋物质也有一定的贡献。

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环境保护中粘土矿物的应用 摘要:无机非金属环境矿物材料基于其不同的性能广泛用于空气污染处理、 废水处理和固体废弃物处理的环境治理,并在节能保温材料方面、在降噪隔 声方面、在无形磁波污染控制方面、在自然灾害防治方面、在太阳能材料应 用方面、在传动系统减震方面、在新型抗菌材料方面、在人体健康材料方面 等都将起到重要作用。 1.粘土矿物材料的研究现状 人类社会的发展史就是人们利用矿物材料的文明史。随着科学技术的发展和工业化程度的不断提高,许多金属材料的性能已不能适应高强、高速、高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等方面的要求,因而非金属矿物材料的发展十分迅速,如美国汽车工业中轿车钢铁构件已由占81%降为61%,采用由非金属材料制成的构件大大减轻了车重,节约了钢材;发达国家一些原来从事钢铁、造船等行业的研究已转向新型材料及新型陶瓷的研究。同时,伴随着矿物材料的深加工技术的发展,矿物材料的利用价值和应用领域不断提高,如散装膨润土30美元/吨,而有机膨润土2400-3600美元/吨;重晶石散装未碎者40美元/吨,而药物级达2560美元/吨;石墨原矿500美元/吨,石墨密封材料7000美元/吨,而石墨乳10000美元/吨。近年来无机非金属矿物材料在环境保护中的应用不断加强,使矿物材料成为治理、修复环境污染的环境材料。 新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一,随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展,矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。传统的或一般的矿物材料的应用是直接利用矿物(包括部分岩石)本身所具有的物理化学性质和工艺特性,而且只作为单一性能或低性能的一般材料来应用。如陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物材料和冶金辅助矿物材料等,这种传统的矿物材料都是低值材料或产品,并由于其本身性能的局限性或未得以强化增强,因而在诸

粘土矿物在扫描电镜下的识别

10自生粘土矿物鉴定 根据矿物的形态特征和成分特点进行鉴定. 10.1高岭石 10.1.1形态特征 用扫描电子显微镜观察,沉积岩中自生高岭石呈蠕虫状(图版I-b)、书页状(图版I-c)集合体赋存子粒间.其单晶为六方板状(图版I—a),常与自生石英、方解石等自生矿物共生.10.1.2成分特征 用能谱测定高岭石的化学成分.主要元素为硅(Si)、铝(Al),其Si02/Al2O3的比值为1·1-1.3。 10.2蒙皂石 10.2.1形态特征 用扫描电子显微镜观察.沉积岩中自生蒙皂石呈蜂窝状(图版I-a、b、c)赋存子粒表,星棉絮状、片状赋存予粒间. 10.2.2成分特征 用能谱测定其成分.主要成分为硅(Si)、铝(Al)、钙(Ca)、钠(Na),氧化钾(K2O)含量低,通常小于1.5%. 10.3伊利石 10.3.1形态特征 用扫描电子显微镜观察,自生伊利石呈片状(图版I-a、c)或丝状(图版I-b)集合体,赋存子粒表和粒同. 10.3.2成分特征 用能谱测定伊利石成分.主要元素为硅(Si)、铝(Al)、钾(K).其氧化钾(K20)值通常大于7.5%. 10.4绿泥石 10.4.1形态特征 用扫描电子显微镜观察,自生绿泥石墨绒球状(图版Ⅳ-a)赋存子粒间,或以针叶状(图版Ⅳ-b)赋存于粒表,其单晶结构为叶片状(图版Ⅳ-c). 10.4.2成分特征 用能谱测定绿泥石成分.主要元素为硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)、镁(Mg).除硅、铝外,富含铁、镁是其主要特征. 10.5伊/蒙混层 10.5.1形态特征 用扫描电子显微镜观察,伊/蒙混层呈丝状(图版Va、b、c),是蒙皂石向伊利石过渡期的粘土矿物.形态特征是蒙皂石特征逐渐消失,伊利石特征逐渐增强,赋存于粒表和粒间.10.5.2成分特征 用能谱测定伊/蒙混层成分,主要元素为硅(Si)、铝(Al)、钾(K)、钙(Ca)、钠(Na).其成分特征主要反映在氧化钾(K2O)含量为1.5%~7.5%.确定为过渡期的混层粘土矿物.10.6绿/蒙混层 10.6.1形态特征 用扫描电子显微镜观察,绿/蒙混层粘土矿物呈蜂窝状(图版Ⅵ-a、b)和丝状结构(图版Ⅵ-c).是蒙皂石向绿泥石过渡期的粘土矿物,具有蒙皂石和绿泥石的形态特征. 10.6.2成分特征 用能谱测定绿/蒙混层成分,主要元素为硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)、镁(Mg)、钙(Ca)。其铁、镁含量较高是主要特征.

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粘土在我国不同区域分布的岩土工程特性 (资源学院地质11—6班05112208) 摘要:由于形成条件、形成年代、组成成分、应力历史不同,土的工程性质具有明显的区域性。广阔的中国大陆上分布着各种各样的土,北部的黄土、南部的红土、中部的老 粘土以及东南近海的海洋软土(包括沿海的软土)。本文将以区域性不同土为依据,阐明我国 不同区域土的工程性质的特性以及分析其差异性形成的原因。 关键字:区域性土;岩土工程特性;红土;黄土;海洋软土;膨胀土 0 前言 我国大地上分布着各种具有地区特点的区域性土,其中最主有特色的是黄河以北的黄土、长江以南的红土、黄河长江之间的老粘土(胀缩性粘土和非胀缩胀性的下蜀粘土)以及东南沿海的海洋土。这些“区域性土”有着不同于一般粘性土的比较特殊的工程特性,如黄土的湿陷性、红土的高强度、粘土的胀缩性和海洋土的高压缩性,这是大家所熟知的。但这些土是怎么形成的,为什么有明显的区域性,则它们与本地区的气候条件、其形成年代、组成成分、应力历史都密切相关。本文将对各类“区域性土”的分布和工程特性形成以及影响因素加以简单介绍。 1 粘土及其工程特性的介绍 土是由固体(矿物、岩石碎屑)、水和气体组成的质地较松散的三相地质集合体。固体颗粒、水和气体之间的比例关系随着周围条件的变化而变化。土固体颗粒的大小、成分及三项之间的比例关系,反映出土的不同性质,如干湿、松密、轻重、软硬等等。 土的工程特性主要包括土的物理性质、土的水理性质以及土的力学性质。其中,土的物理性质是指土体的成分、结构、可塑性和击实性等方面的特征。而表征这些物理性质的指标多种多样,如:天然重度、干重度、含水量、孔隙度、含水比、相对密度、最大干密度等等。土的水理性质是指土的渗透性、吸水或失水的胀缩性、浸水时的软化性和在水中的可溶性等方面的特征。土的力学性质是指土在力的作用下变形和破坏特性,通常用压缩系数、压缩模量、变形模量、泊松比、固结系数、粘聚力等指标来表示土的力学特性。 2 不同区域土为何具有不同的工程性质 无论是什么土,它们颗粒之间都存在着一定的“胶结联系”,所不同的只是“胶结联系”的材料性质和胶结强度有差异而已。有些土的“胶结联系”很弱,弱到在工程上可以忽略不计,这种土最常见,通常称之为一般粘性土。可是,某些区域的土颗粒之间却存在着较多性质不同的“胶结联系”,这种胶结联系的性质可以分成水稳性、非水稳性以及介于两者之间的性质。水稳性的胶结材料主要是微晶氧化铁(赤铁矿、针铁矿),非水稳性的胶结材料主要是微晶氯化钠和微晶碳酸钙等,介于两者之间的主要是含水氧化铁(水铁矿)和粘粒

粘土矿物在环境中的应用

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粘土矿物分析

作为岩石组分的粘土矿物其含量、种类及其分布、产状等对地层伤害有着非常密切的关系。由于粘土矿物颗粒细小(<0.01mm),比表面极大,并具有特殊的结构组成,因此它们对外来作业流体如注入水、压裂液、酸化液、压井液等的侵入极为敏感。当与外来流体接触时,粘土矿物往往会发生膨胀、微粒运移、生成某种沉淀等从而堵塞储层油气流动的孔隙通道,造成储层渗流能力的下降,损害油气层。因此了解粘土矿物的性质对油田开发十分重要。 通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜技术可以确定岩石中粘土矿物的含量、分布及产状等。选取了西泉5井的部分岩石样品进行了上述测定,测定结果见表1。 表1 西泉5井区三叠系储层粘土矿物含量统计表 根据X衍射和扫描电镜分析,韭菜园子组砂层以蒙皂石(包括蒙脱石和皂石两个亚族)为主,63%~98%,平均87.8%;其次为伊/蒙混层(20%~99%,平均72.76%),绿泥石(1%~55%,平均9.33%),另有高岭石(1%~12%,平均5.74%)和伊利石(2%~16%,平均6.24%)(见表1)。 对韭菜园子组敏感性的简单分析:(供参考) 韭菜园子组伊/蒙混层和绿/蒙混层含量较多,伊/蒙混层和绿/蒙混层是遇水易膨胀的矿物,易发生粘土膨胀和分散造成地层伤害。 韭菜园子组绿泥石含量相对较高(平均9.33%),绿泥石是酸敏性矿物,酸化时易造成氢氧化铁胶体沉淀(酸敏)。另外伊利石和高岭石是速敏性矿物,易造成颗粒运移堵塞地层。

粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用 一、粘土矿物类型 粘土矿物(clay minerals)是粘土和粘土岩中晶体一般小于2微米,主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物,此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石(凹凸棒石)和海泡石以及非晶质的水铝英石。除水铝英石外均属层状或层链状结构硅酸盐,因此粘土矿物可按层状结构硅酸盐矿物的分类来划分。粘土矿物按成因可分为他生粘土矿物和自生粘土矿物两类,他生粘土矿物主要是来自沉积物源区的陆源矿物,矿物成分与母源区岩石类型关系密切;自生粘土矿物为储层在特定成岩阶段化学反应析出的矿物,如自生绿泥石、自生高岭石等。不同成因粘土矿物通常具有不同的矿物组合、产状、晶形和分布规律等特征。 粘土矿物的粒度细小,其大小和形态需用电子显微镜才能测定。多数粘土矿物如伊利石等呈鳞片状,结晶良好的高岭石则呈完整的假六方片状。少数粘土矿物呈管状(埃洛石)或纤维状(坡缕石和海泡石)。 晶体结构与晶体化学特点决定了它们的如下一些性质。①离子交换性。具有吸着某些阳离子和阴离子并保持于交换状态的特性。一般交换性阳离子是Ca2+、Mg2+、H+、K+、(NH4)+、Na+,常见的交换性阴离子是(SO4)2-、CI-、(PO4)3-、(NO3)-。产生阳离子交换性的原因是破键和晶格内类质同象置换引起的不饱和电荷需要通过吸附阳离子而取得平衡。阴离子交换则是晶格外露羟基离子的交代作用。②粘土-水系统特点。粘土矿物中的水以吸附水、层间水和结构水的形式存在。结构水只有在高温下结构破坏时才失去,但是吸附水、层间水以及海泡石结构孔洞中的沸石水都是低温水,经低温(100~150℃)加热后就可脱出,同时象蒙皂石族矿物失水后还可以复水,这是一个重要的特点。粘土矿物与水的作用所产生的膨胀性、分散和凝聚性、粘性、触变性和可塑性等特点在工业上得到广泛应用。③粘土矿物与有机质的反应特点。有些粘土矿物与有机质反应形成有机复合体,改善了它的性能,扩大了应用范围,还可作为分析鉴定矿物的依据。此外,粘土矿物晶格内离子置换和层间水变化常影响光学性质的变化。蒙皂石族矿物中的铁、镁离子置换八面体中的铝,或者层间水分子的失去,都使折光率与双折射率增大。 粘土矿物的形成方式有三种:①与风化作用有关。风化原岩的种类和介质条件如水、气候、地貌、植被和时间等因素决定了矿物种和保存与否。②热液和温泉水作用于围岩,可以形成粘土矿物的蚀变富集带。③由沉积作用、成岩作用生成粘土矿物。 高岭土主要用作陶瓷原料、造纸的填料和涂层;主要由蒙脱石构成的膨润土用于作

南海粘土矿物组合特征及其环境意义_邱中炎

文章编号:1001-909X (2008)01-0058-07 收稿日期: 2006-05-15 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40476050) 作者简介:邱中炎(1981-),男,广西柳州市人,硕士研究生,主要从事海洋环境记录方面的研究。 南海粘土矿物组合特征及其环境意义 邱中炎 1,2 ,沈忠悦3,韩喜球 1,2 ,陈建芳 1 (1.国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州 310012; 2.国家海洋局海底科学重点实验室,浙江杭州 310012; 3.浙江大学地球科学系,浙江杭州 310027) 摘 要:利用X 射线衍射法(X RD )对南海12个海底表层沉积物和20个悬浮物样品中粘土矿物组成和分布特征进行了综合分析。结果表明:(1)研究区的表层沉积物粘土矿物以伊利石为主,其次为绿泥石、高岭石、伊/蒙间层矿物以及蒙皂石;悬浮物粘土矿物是以绿泥石为主,其次为高岭石、蒙皂石、伊利石以及伊/蒙间层矿物。(2)粘土矿物的组成和分布特征主要受气候条件、物质来源、水动力条件及相互间稀释作用的制约。伊利石的含量随离岸距离和水深的增加呈增大趋势;高岭石则在近岸区特别是河口区富集;绿泥石在西部沿岸海区的含量较低,在东部岛弧和北部台湾岛附近海区的含量较高;蒙皂石与火山作用密切相关,在东部火山岛弧附近海区含量较高。(3)粘土沉积物的来源以河流输入为主,海洋自生和风尘搬运对该区的沉积影响不大。(4)深海悬浮物粘土矿物的组成变化能够很好地指示短尺度气候环境的变迁,伊利石的结晶程度对气候和环境变化反映灵敏,其随所处环境的压力增大而变差。 关键词:南海;粘土矿物;结晶度;环境意义中图分类号: P736.21 文献标识码:A 0 引言 南海背靠亚洲大陆、外绕岛弧,是一个典型的 半封闭性边缘海,其独特的地理位置和晚新生代以来的高沉积速率,引起了中外众多海洋地质学家的极大关注。海洋粘土矿物的分布非常广泛,它的组成和分布特征可以反映源区气候以及许多非气候条件,如物质来源、沉积环境和水动力条件等。对粘土矿物的组合、含量、粒度分布特征以及结构特点的深入研究,可为了解粘土矿物的形成、推测来源区气候环境的特征及沉积环境提供有益的信息,对解决相关的地质科学问题、改善生态环境具有重要意义。前人对南海表层沉积物中的粘土矿物特征曾进行了大量的研究[1-6] ,本文在对其组合特征进行研究的同时,还对不同季节、不同水深采集到的悬浮物样品中粘土矿物组合特征进行了研究,为未来南海粘土矿物来源及在时间和空间上变化的进一步研究提供科学依据。 1 样品及实验方法 本文共采集了32个样品,其中12个样品来自于南海海底表层沉积物,20个样品来自于南海N E 2站位(17.2534°N 、119.5013°E )的海洋悬浮物(图1)。 表层沉积物样品是利用箱式采集器采集的,悬浮物样品是1998年7月8日~1999年4月30日利用悬浮物采集器采集的。采集悬浮物时,将各采集器悬挂于浅、中、深3种不同水深处,当悬浮物缓慢沉淀到采集器中后,将悬浮物取出,经低温冷冻烘干后密封保存,供实验室分析和测量使用,采集的周期为半个月至一个月不等。 实验室分析和测量步骤如下:(1)原样品经醋酸处理去除碳酸盐矿物后,用离心法分离,获得粒级小于2μm 的粘土矿物;(2)采用自然沉降法制取定向样品,并进行X 射线衍射(X RD)分析;(3)自然定向样品在60℃的乙二醇饱和蒸汽中恒温16h, 第26卷 第1期2008年3月 海 洋 学 研 究 JOURNAL OF MARINE S CIENC ES V ol.26 N o.1M a r., 2008

粘土矿物在地质、环境、材料科学领域中的应用

粘土矿物在地质、环境、材料科学领域中的应用 随着人类对粘土矿物研究的日益深入以及粘土矿物在各领域中的应用日益加深,粘土矿物的独特性质正越来越受到人们的关注。粘土矿物分布的广泛性、特有的物理、化学、晶体结构的性质及其形成机理的独特性,决定了它在地质、环境、材料科学领域应用中的重要意义。 1.粘土矿物的结构特征概述 粘土矿物是颗粒细小(<0.1mm)的含水层状结构硅酸盐矿物,其结构单元层是由si-o四面体片与Al-o八面体片按不同的规律连结起来而构成,按其连结方式的不同把粘土矿物分为1:1和2:1两种结构类型,前者如高岭石,后者如蒙脱石、伊利石、凹凸棒石等。粘土矿物结构单元层内部因发生离子的类质同象置换,比如四面体中Si离子被Ai离子置换,八面体中Ai离子被Fe、Mg离子置换,从而使其单元层表面具有电性。此外,粘土矿物颗粒细小,比表面积大,因而,粘土矿物会表现吸附性、离子交换性、胶体性、分散性和催化性,这些特征在地质、环境、材料科学领域中具有十分重要的意义。 在粘土矿物中,硅、铝、氧是其中最主要的元素。在这些粘土矿物中,硅和氧结合生成硅氧四面体,铝和氧结合生成铝氧八面体,其中硅氧四面体分布在同一个平面内,彼此以三个角顶相连,从而形成二维延展的网层即四面体片。同样,铝氧八面体共用边角形成了八面体片。这些铝氧四面体片和硅氧八面体片又共用氧原子,将不同的片结合在一起,形成层状结构。 粘土矿物除少数为非晶质外,大多是是由按四面体配位阳离子(Si4+、Al3+、Fe3+)和按八面体配位阳离子(Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+)组成层状或链状的硅酸盐化合物。层状硅酸盐的基本结构单元是硅氧四面体层或水镁石层或三水铝石八面体层。粘土矿物可分为高岭石类、蒙脱石类和云母类等。高岭石为1:1型结构,基本式为Si4Ai4O10(OH)8,个单元层间距小,小分子或阳离子很少有机会进入层际空隙中,故层际通常不发生离子交换,而是在粘土的表面和边、角发生。蒙脱石类和云母类粘土均为2:1型结构其基本式为Si3Ai4O20(OH)4·nH2O,由于同晶置换,这两种类型的粘土矿的离子交换除在层面的边、脚上发生,更多是由层际间的阳离子交换而形成。 2.粘土矿物在石油地质中的应用

1粘土矿物的结晶结构及基本特征

3粘土矿物的结晶结构及基本特征 3.1粘土矿物概念、类型及其结构化学特征 粘土的本质是粘土矿物。粘土矿物是细分散的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。晶质含水层状硅酸盐矿物有高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等: 含水非晶质硅酸盐矿物有水铝英石、胶硅铁石等。粘土矿物决定了整个粘土类或岩石的性质,它是最活泼的组分。 粘土矿物的晶体结构主要是由两个最基本结构单元组成,即硅氧四面体和铝氧八面体,并沿X 轴方向发展。四 面体的中心是四价的硅Si 4+,而四个二价的氧O 2- 分布于四面体的四个顶角,四面体的四个面均为等边三角形(如图3.1- (a)),有时四面体中的氧原子为氢氧原子所代替,四面体的底面落在同一平面上,以三个尖顶彼此连结,第四个尖顶均指向同一个方向,在平面上组成六角形网格状结构或链状结构(如图3.1- (b)),成为四面体层(片)。八面体由六 个氧或氢氧原子以等距排列而成,A13+(或Mg 2+ )居于中心(如图3.2- ( a )),八面体亦排列成层状态结构,成为八面体层(片)(如图3.2- (b))。 由于单位晶格的大小相近似,四面体层与八面体层很容易沿C 轴叠合而成为统一的结构层,此结构层称为结构单位层,简称晶层,几个结构层组成晶胞。四面体层与八面体层的不同组合堆叠重复,便构成了各种粘土矿物的不同层状结构。由一个四面体层与一个八面体层重复堆叠的称为1:1型结构单位层(如高岭石等),也称为二层型; 由两个四面体层间夹一个八面体层重复堆叠的称为2:1型结构单位层(如蒙脱石、伊利石等),也称为三层型;在层状结构中,四面体层与八面体层间共用一个氧原子层,故四面体层与八面体层间的键力大,联结较强,但在1:1型或2:1型结构单位层间并不共用氧原子层,层间的联结较弱。 在高岭石类粘土矿物中,结构单位层间为O 与HO(或OH 与OH)相邻(如图3.3 ),堆叠时,在相邻两晶层之间,除了范德华(Van der waals)力增扩的静电能外,主要为表层(羟)基及氧原子之间的氢键力,将相邻两晶层紧密地结合起来,使水不易进入晶层之间。即使有表面水合能撑开晶层,但不足以克服晶层间大的内聚力,几乎无阳离子交换(阳离子交换容量很小,其CEC 值为3-15毫克当量/100克干土)和类质同象置换现象,其基本层是中性的。同时,高岭石晶体基面间距(C 轴间距或doo1值)小(约7.2 A ),没有容纳阳离子的地方,即晶层无阳离子存在。高岭石晶体只有外表面,没有内表面,比表面积很小(一般远小于100m 2 /g ),被吸附的交换性阳 离子(如Na + 、Ca 2+等)仅存于高岭石矿物外表面,这对晶层水合无重要影响,所以高岭石是较稳定的非膨胀性粘土矿物,层间联结强,晶格活动性小,最活跃的表面是在晶体断口、破坏的及残缺部位的边缘部分,浸水后结构单位层间的距离(C 轴间距或doo1值)不变,使高岭石膨胀性和压缩性都较小,但有较好的解理面。 蒙脱石类粘土矿物中的结构单位层间为O 与 O(如图3.4 ),相邻两晶层之间的联结力主要为范德华(Van der waals)力,层间联结极弱,易于拆开。蒙脱石既有外表

(完整word版)1粘土矿物的结晶结构及基本特征

3粘土矿物的结晶结构及基本特征 3.1粘土矿物概念、类型及其结构化学特征 粘土的本质是粘土矿物。粘土矿物是细分散的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。晶质含水层状硅酸盐矿物有高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等: 含水非晶质硅酸盐矿物有水铝英石、胶硅铁石等。粘土矿物决定了整个粘土类或岩石的性质,它是最活泼的组分。 粘土矿物的晶体结构主要是由两个最基本结构单元组成,即硅氧四面体和铝氧八面体,并沿X轴方向发展。四面体的中心是四价的硅Si4+,而四个二价的氧O2-分布于四面体的四个顶角,四面体的四个面均为等边三角形(如图3.1- (a)),有时四面体中的氧原子为氢氧原子所代替,四面体的底面落在同一平面上,以三个尖顶彼此连结,第四个尖顶均指向同一个方向,在平面上组成六角形网格状结构或链状结构(如图3.1- (b)),成为四面体层(片)。八面体由六个氧或氢氧原子以等距排列而成,A13+(或Mg2+)居于中心(如图3.2- ( a )),八面体亦排列成层状态结构,成为八面体层(片)(如图3.2- (b))。 由于单位晶格的大小相近似,四面体层与八面体层很容易沿C轴叠合而成为统一的结构层,此结构层称为结构单位层,简称晶层,几个结构层组成晶胞。四面体层与八面体层的不同组合堆叠重复,便构成了各种粘土矿物的不同层状结构。由一个四面体层与一个八面体层重复 堆叠的称为1:1型结构单位层(如高岭石等),也称为 二层型; 由两个四面体层间夹一个八面体层重复堆 叠的称为2:1型结构单位层(如蒙脱石、伊利石等), 也称为三层型;在层状结构中,四面体层与八面体层 间共用一个氧原子层,故四面体层与八面体层间的 键力大,联结较强,但在1:1型或2:1型结构单位层 间并不共用氧原子层,层间的联结较弱。 在高岭石类粘土矿物中,结构单位层间为O 与HO(或OH与OH)相邻(如图3.3 ),堆叠时,在相 邻两晶层之间,除了范德华(Van der waals)力增扩的 静电能外,主要为表层(羟)基及氧原子之间的氢键 力,将相邻两晶层紧密地结合起来,使水不易进入 晶层之间。即使有表面水合能撑开晶层,但不足以 克服晶层间大的内聚力,几乎无阳离子交换(阳离子 交换容量很小,其CEC值为3-15毫克当量/100克 干土)和类质同象置换现象,其基本层是中性的。同 时,高岭石晶体基面间距(C轴间距或doo1值)小(约 7.2 A ),没有容纳阳离子的地方,即晶层无阳离子 存在。高岭石晶体只有外表面,没有内表面,比表 面积很小(一般远小于100m2/g ),被吸附的交换性阳 离子(如Na+、Ca2+等)仅存于高岭石矿物外表面,这 对晶层水合无重要影响,所以高岭石是较稳定的非 膨胀性粘土矿物,层间联结强,晶格活动性小,最 活跃的表面是在晶体断口、破坏的及残缺部位的边 缘部分,浸水后结构单位层间的距离(C轴间距或 doo1值)不变,使高岭石膨胀性和压缩性都较小,但 有较好的解理面。 蒙脱石类粘土矿物中的结构单位层间为O与 O(如图3.4 ),相邻两晶层之间的联结力主要为范德华(Van der waals)力,层间联结极弱,易于拆开。蒙脱石既有外表

南黄海表层沉积物黏土矿物分布及物源_蓝先洪

2011年6月 海洋地质与第四纪地质 Vol.31,No.3第31卷第3期 MARINE GEOLOGY &QUATERNARY GEOLOGY June,2011DOI:10.3724/SP.J.1140.2011.03011 南黄海表层沉积物黏土矿物分布及物源 蓝先洪1,张宪军2,刘新波1,李日辉1,张志珣1 (1青岛海洋地质研究所,青岛266071; 2山东省物化探勘查院,济南250013) 摘要:通过对南黄海表层沉积物295个站位的黏土矿物含量分析,研究了南黄海表层沉积物黏土矿物的组合特征、分布规律及与物质来源的关系。南黄海表层沉积物中伊利石含量最高,蒙脱石和高岭石含量次之,绿泥石含量最低;黏土矿物的组合类型以伊利石-蒙脱石-高岭石-绿泥石型为主,伊利石-高岭石-蒙脱石-绿泥石型次之;南黄海表层沉积物黏土矿物主要为陆源成因,物质主要来源于黄河和长江的供给。现代黄河物质及老黄河物质主要沉积于南黄海的西部和中部;长江物质主要在南黄海的西南和中北部区域沉积,东部物质反映来自朝鲜半岛的物质对南黄海东部的作用。 关键词:黏土矿物;分布特征;物源;南黄海 中图分类号:P736.21 文献标识码:A 文章编号:0256-1492(2011)03-0011-06 南黄海处于构造相对稳定的冰后期沉溺盆地,泥质沉积广泛发育,黏土矿物构成了区内沉积物的重要组分,其类型多样,分布广泛,是各种地质作用信息的重要载体。由于黏土矿物具有独特的特点,它对地质作用和地质环境的变化反映敏感,因而,黏土矿物的组分、组合、形态和结构等特征在海洋沉积作用、物质来源、沉积环境分析以及地层划分、古气候和古环境演变研究中得到了广泛的应用[1-8]。 前人对南黄海沉积物黏土矿物进行了许多研究,积累了大量资料,取得了许多重要成果[9-16]。杨作升[12]根据黄河、长江黏土矿物含量差异特征和化学元素组合对东海北部陆架沉积物的来源和分区进行了研究,认为海域外陆架沉积物泥质部分主要属黄河型,长江入海沉积物的影响仅限制在长江口外123°E以西的海域。魏建伟等[13]用X射线衍射技术分析了南黄海88个表层沉积物样品的黏土矿物,对其含量及组合特征分析认为南黄海中部泥质沉积可分为南北2个部分,并依据地理位置及各种黏土矿物含量与黄河、长江沉积物黏土矿物含量特征的关系将南黄海泥质区划分为以黄河(包括老黄河)物质为主的北部和“多源”混合沉积而成的中部和南部。中国学者主要研究了南黄海的中部和西部[9-13],而韩国学者对南黄海的东部做了一些研究[14-16]。国土资源地质大调查取得的大量资料,使 基金项目:国土资源大调查项目(200211000001) 作者简介:蓝先洪(1958—),男,研究员,从事海洋地质研究,E-mail:lanxh@qingdaonews.com 收稿日期:2010-09-11;改回日期:2010-10-29. 张光威编辑 我们能够对南黄海表层沉积物黏土矿物分布规律进行全面的分析和研究,并对其沉积物的物质来源进行探讨。 1 样品与方法 2001—2003年在南黄海区域进行了沉积物取样,用抓斗和箱式取样器采集。室内对表层沉积物295站位(图1)样品作了黏土矿物X射线衍射分析鉴定。 黏土矿物X射线衍射分析鉴定由青岛海洋地质研究所测试中心完成。黏土矿物的提取根据表层沉积物样品中泥质组分的多寡,将约40~70g的样品放入2 000mL的烧杯中,加入蒸馏水充分洗涤搅拌成悬浮液。对于含有机质较多的样品,则先用适量的双氧水处理,以除去有机质,然后搅拌成悬浮液。按斯托克斯沉降定理,提取<2μm的黏土组分。 将提取到的黏土组分,分别制成甘油饱和定向片及自然定向片。保留剩余的黏土组分,以备进行其他测试和验证用。因样品含铁、钙质不高,仅用双氧水处理后样品即可充分分散,为尽量保持样品中黏土矿物的原始特征,故未进行去铁、钙处理。 所采用的X射线衍射仪为日本理学D/Max-RA型高功率转靶X射线衍射仪。黏土矿物的定性鉴定主要是根据经甘油饱和处理后的定向片的X射线衍射图谱进行的。黏土矿物半定量分析时的含量计算以甘油饱和处理的衍射扫描图谱为准,量取各黏土矿物峰高强度值(峰顶至背景线的距离),权

粘土矿物在环境保护中的应用研究

粘土矿物在环境保护中的应用 杨飞华姜志刚郑学松 (北京市建材科学研究院北京100041) 摘要无机非金属环境矿物材料基于其不同的性能广泛用于空气污染处理、废水处 理和固体废弃物处理的环境治理,并在节能保温材料方面、在降噪隔声方面、在无形磁波污染 控制方面、在自然灾害防治方面、在太阳能材料应用方面、在传动系统减震方面、在新型抗菌 材料方面、在人体健康材料方面等都将起到重要作用, 1.粘土矿物材料的研究现状 人类社会的发展史就是人们利用矿物材料的文明史。随着科学技术的发展和工业化程度的不断提高,许多金属材料的性能已不能适应高强、高速、高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等方面的要求,因而非金属矿物材料的发展十分迅速,如美国汽车工业中轿车钢铁构件已由占81%降为61%,采用由非金属材料制成的构件大大减轻了车重,节约了钢材;发达国家一些原来从事钢铁、造船等行业的研究已转向新型材料及新型陶瓷的研究。同时,伴随着矿物材料的深加工技术的发展,矿物材料的利用价值和应用领域不断提高,如散装膨润土30美元/吨,而有机膨润土2400-3600美元/吨;重晶石散装未碎者40美元/吨,而药物级达2560美元/吨;石墨原矿500美元/吨,石墨密封材料7000美元/吨,而石墨乳10000美元/吨。近年来无机非金属矿物材料在环境保护中的应用不断加强,使矿物材料成为治理、修复环境污染的环境材料。 新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一,随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展,矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。传统的或一般的矿物材料的应用是直接利用矿物(包括部分岩石)本身所具有的物理化学性质和工艺特性,而且只作为单一性能或低性能的一般材料来应用。如陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物材料和冶金辅助矿物材料等,这种传统的矿物材料都是低值材料或产品,并由于其本身性能的局限性或未得以强化增强,因而在诸多领域的应用受到限制。随着科学技术的发展,矿物材料正在向轻型、高纯、精细和复合方向发展,具有特殊功能的矿物材料已成为新型材料和应用技术研究开发的主流。因此,特种矿 2.粘土矿物在环境治理中的应用 虽然物质文明提高、人类在创造物质文明的同时,也在不断破坏人类赖以生存的空间环境,地球温室效应、酸雨现象、高新技术产生的污染、臭氧层的穿孔、地球资源的枯竭、废弃物的增加等对地球环境的破坏越来越严重,保护环境、治理环境、有机地协调经济发展与生态环境保护已成为我国21世纪可持续发展的战略目标的重要内容。随着“在原料采用、产品制造、使用或者再生循环以及废料处理等环节中对地球负荷最小和最有利于人类健康的材料”绿色材料新概念的提出,矿物材料不仅是绿色材料主要组成,而且在环境保护和环境治理中起着重要的作用。 2.1矿物材料在治理空气污染中的应用 大气污染系指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中,呈现足够的浓度,达

粘土矿物扫描电镜描述文字图片升级版

粘土矿物扫描电镜描述文字图片升级版 Revised as of 23 November 2020

一、扫描电镜照片,粘土矿物的镜下特征及描述 1、高岭石

高岭石 硅铝酸盐矿物,是长石的蚀变产物,呈书页状、蠕虫状、手风琴状,多以孔隙充填的形式存在于粒间孔隙。其晶间结构比较松,在流体的冲刷下容易随流体移动,堵塞、分割孔隙和吼道,尤其在细小吼道中,影响很大,是重要的速敏矿物。 2、伊蒙混层 伊蒙混层 蒙脱石向伊利石过渡的矿物,呈蜂窝状、半蜂窝状、棉絮状等,随埋深加大和温压的升高而含量增多,有较强的水敏性。

3、绿泥石 绿泥石

铝硅酸盐矿物,常与自生石英共生。在电镜扫描下,其单晶形态呈薄六角板状或叶片状,常见粒径为 2μ~ 3μ;聚集形态常常为 :由叶片组成的蜂窝状、玫瑰花朵状、绒球状、针叶状和叠片状,在孔隙中的产状有孔隙衬垫及孔隙充填,有时也可见其杂乱堆积状态。一般针叶状绿泥石多为孔隙衬垫包于颗粒表面,绒球状和玫瑰花状的则充填在孔隙中。绿泥石可由黑云母、角闪石、蒙脱石等矿物转化而来,自生绿泥石一般富含高价铁离子,与钻井液中的HCL等酸液作用容易产生沉淀,而造成储层伤害,是酸敏性矿物。 4、伊利石 伊利石形态:鳞片状、羽毛状、丝缕状。分布:多分布于颗粒表面,或以粘土桥形式分布于颗粒间 伊利石 铝硅酸盐矿物,伊利石晶体呈不规则的鳞片状,个别呈六边形,鳞片大小不等,一般在μ~μ间。在电镜扫描下常见的单体形态呈丝带状、条片状和羽毛状等贴附于颗粒表面或充填于粒间孔隙内,集合体形态呈蜂窝状、丝缕状和丝带状。伊利石往往在孔隙中形成搭桥式生长或构成丝缕状、发丝状网络 (图 1,图 2)。片状等微晶把孔隙分割成许多小孔隙,增加了迂回度;丝发状的容易被水冲移,堵塞孔隙和吼道,降低孔隙度和渗透率。 5、蒙脱石

粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用

粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用 一、粘土矿物类型 粘土矿物(clay minerals)是粘土和粘土岩中晶体一般小于2微米,主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物,此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石(凹凸棒石)和海泡石以及非晶质的水铝英石。除水铝英石外均属层状或层链状结构硅酸盐,因此粘土矿物可按层状结构硅酸盐矿物的分类来划分。粘土矿物按成因可分为他生粘土矿物和自生粘土矿物两类,他生粘土矿物主要是来自沉积物源区的陆源矿物,矿物成分与母源区岩石类型关系密切;自生粘土矿物为储层在特定成岩阶段化学反应析出的矿物,如自生绿泥石、自生高岭石等。不同成因粘土矿物通常具有不同的矿物组合、产状、晶形和分布规律等特征。 粘土矿物的粒度细小,其大小和形态需用电子显微镜才能测定。多数粘土矿物如伊利石等呈鳞片状,结晶良好的高岭石则呈完整的假六方片状。少数粘土矿物呈管状(埃洛石)或纤维状(坡缕石和海泡石)。 晶体结构与晶体化学特点决定了它们的如下一些性质。①离子交换性。具有吸着某些阳离子和阴离子并保持于交换状态的特性。一般交换性阳离子是Ca2+、Mg2+、H+、K+、(NH4)+、Na+,常见的交换性阴离子是(SO4)2-、CI-、(PO4)3-、(NO3)-。产生阳离子交换性的原因是破键和晶格内类质同象置换引起的不饱和电荷需要通过吸附阳离子而取得平衡。阴离子交换则是晶格外露羟基离子的交代作用。②粘土-水系统特点。粘土矿物中的水以吸附水、层间水和结构水的形式存在。结构水只有在高温下结构破坏时才失去,但是吸附水、层间水以及海泡石结构孔洞中的沸石水都是低温水,经低温(100~150℃)加热后就可脱出,同时象蒙皂石族矿物失水后还可以复水,这是一个重要的特点。粘土矿物与水的作用所产生的膨胀性、分散和凝聚性、粘性、触变性和可塑性等特点在工业上得到广泛应用。③粘土矿物与有机质的反应特点。有些粘土矿物与有机质反应形成有机复合体,改善了它的性能,扩大了应用范围,还可作为分析鉴定矿物的依据。此外,粘土矿物晶格内离子置换和层间水变化常影响光学性质的变化。蒙皂石族矿物中的铁、镁离子置换八面体中的铝,或者层间水分子的失去,都使折光率与双折射率增大。 粘土矿物的形成方式有三种:①与风化作用有关。风化原岩的种类和介质条件如水、气候、地貌、植被和时间等因素决定了矿物种和保存与否。②热液和温泉水作用于围岩,可以形成粘土矿物的蚀变富集带。③由沉积作用、成岩作用生成粘土矿物。 高岭土主要用作陶瓷原料、造纸的填料和涂层;主要由蒙脱石构成的膨润土用于作钻井泥浆、精炼石油的催化剂和漂白剂、铁矿球团的粘结剂和铸形砂粘合剂;凹凸棒石粘土和海泡石粘土是制造抗盐泥浆的优质原料、油脂的脱色剂和吸收剂。 下面我们介绍一下常见的几种粘土矿物: 1、蒙脱石

粘土矿物在环境保护中的应用研究

粘土矿物在环境保护中的应用 黏土的用途黏土 1.粘土矿物材料的研究现状 人类社会的发展史就是人们利用矿物材料的文明史。随着科学技术的发展和工业化程度的不断提高,许多金属材料的性能已不能适应高强、高速、高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等方面的要求,因而非金属矿物材料的发展十分迅速,如美国汽车工业中轿车钢铁构件已由占81%降为61%,采用由非金属材料制成的构件大大减轻了车重,节约了钢材;发达国家一些原来从事钢铁、造船等行业的研究已转向新型材料及新型陶瓷的研究。同时,伴随着矿物材料的深加工技术的发展,矿物材料的利用价值和应用领域不断提高,如散装膨润土30美元/吨,而有机膨润土2400-3600美元/吨;重晶石散装未碎者40美元/吨,而药物级达2560美元/吨;石墨原矿500美元/吨,石墨密封材料7000美元/吨,而石墨乳10000美元/吨。近年来无机非金属矿物材料在环境保护中的应用不断加强,使矿物材料成为治理、修复环境污染的环境材料。 新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一,随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展,矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。传统的或一般的矿物材料的应用是直接利用矿物(包括部分岩石)本身所具有的物理化学性质和工艺特性,而且只作为单一性能或低性能的一般材料来应用。如陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物材料和冶金辅助矿物材料等,这种传统的矿物材料都是低值材料或产品,并由于其本身性能的局限性或未得以强化增强,因而在诸多领域的应用受到限制。随着科学技术的发展,矿物材料正在向轻型、高纯、精细和复合方向发展,具有特殊功能的矿物材料已成为新型材料和应用技术研究开发的主流。因此,特种矿 2.粘土矿物在环境治理中的应用 虽然物质文明提高、人类在创造物质文明的同时,也在不断破坏人类赖以生存的空间环境,地球温室效应、酸雨现象、高新技术产生的污染、臭氧层的穿孔、地球资源的枯竭、废弃物的增加等对地球环境的破坏越来越严重,保护环境、治理环境、有机地协调经济发展与生态环境保护已成为我国21世纪可持续发展的战略目标的重要内容。随着“在原料采用、产品制造、使用或者再生循环以及废料处理等环节中对地球负荷最小和最有利于人类健康的材料”绿色材料新概念的提出,矿物材料不仅是绿色材料主要组成,而且在环境保护和环境治理中起着重要的作用。 2.1矿物材料在治理空气污染中的应用 大气污染系指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中,呈现足够的浓度,达到足够的时间,并因此而危害了人体健康,舒适感或环境。大气污染物按其存在状态可分为气溶胶污染物和气态污染物两大类。其中气态污染物在一定的条件下可转化为气溶胶态污染

粘土矿物扫描电镜描述升级版

、扫描电镜照片,粘土矿物的镜下特征及描述 1、高岭石 高岭石 硅铝酸盐矿物,是长石的蚀变产物,呈书页状、蠕虫状、手风琴状,多以孔隙充填的形式存在于粒间孔隙。其晶间结构比较松,在流体的冲刷下容易随流体移动,堵塞、分割孔隙和吼道,尤其在细小吼道中,影响很大,是重要的速敏矿物。 2、伊蒙混层 伊蒙混层 蒙脱石向伊利石过渡的矿物,呈蜂窝状、半蜂窝状、棉絮状等,随埋深加大 和温压的升高而含量增多,有较强的水敏性。 3、绿泥石

绿泥石 铝硅酸盐矿物,常与自生石英共生。在电镜扫描下,其单晶形态呈薄六角板状或叶片状,常见粒径为2卩?3 [1;聚集形态常常为:由叶片组成的蜂窝状、玫瑰花朵状、绒球状、针叶状和叠片状,在孔隙中的产状有孔隙衬垫及孔隙充填,有时也可见其杂乱堆积状态。一般针叶状绿泥石多为孔隙衬垫包于颗粒表面,绒球状和玫瑰花状的则充填在孔隙中。绿泥石可由黑云母、角闪石、蒙脱石等矿物转化而来,自生绿泥石一般富含高价铁离子,与钻井液中的HCL等酸液作用容易产生沉淀,而造成储层伤害,是酸敏性矿物。 4、伊利石 伊利石形态:鳞片状、羽毛状、丝缕状。分布:多分布于颗粒表面,或以粘土桥形式分布于 颗粒间 伊利石 铝硅酸盐矿物,伊利石晶体呈不规则的鳞片状,个别呈六边形,鳞片大 小不等,一般在1?1间。在电镜扫描下常见的单体形态呈丝带状、条片状和羽毛状等贴附于颗粒表面或充填于粒间孔隙内,集合体形态呈蜂窝状、丝缕状和丝带状。伊利石往往在孔隙中形成搭桥式生长或构成丝缕状、发丝状网络(图1,图2)。片状等微晶把孔隙分割成许多小孔隙,增加了迂回度;丝发状的容易被水冲移,堵塞孔隙和吼道,降低孔隙度和渗透率。 5、蒙脱石蒙脱石形态:鳞片状、蜂巢状、棉絮状。分布:多分布于颗粒表面。分子式: (AIMg)2[Si4O10](OH)24H2O 分布于埋藏较浅、成岩作用较弱的地层中,随加埋藏深、成岩作用加强趋于消

粘土矿物分析

粘土矿物分析 Document number:WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT

作为岩石组分的粘土矿物其含量、种类及其分布、产状等对地层伤害有着非常密切的关系。由于粘土矿物颗粒细小(<0.01mm),比表面极大,并具有特殊的结构组成,因此它们对外来作业流体如注入水、压裂液、酸化液、压井液等的侵入极为敏感。当与外来流体接触时,粘土矿物往往会发生膨胀、微粒运移、生成某种沉淀等从而堵塞储层油气流动的孔隙通道,造成储层渗流能力的下降,损害油气层。因此了解粘土矿物的性质对油田开发十分重要。 通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜技术可以确定岩石中粘土矿物的含量、分布及产状等。选取了西泉5井的部分岩石样品进行了上述测定,测定结果见表1。 表1 西泉5井区三叠系储层粘土矿物含量统计表 根据X衍射和扫描电镜分析,韭菜园子组砂层以蒙皂石(包括蒙脱石和皂石两个亚族)为主,63%~98%,平均%;其次为伊/蒙混层(20%~99%,平均%),绿泥石(1%~55%,平均%),另有高岭石(1%~12%,平均%)和伊利石(2%~16%,平均%)(见表1)。 对韭菜园子组敏感性的简单分析:(供参考) 韭菜园子组伊/蒙混层和绿/蒙混层含量较多,伊/蒙混层和绿/蒙混层是遇水易膨胀的矿物,易发生粘土膨胀和分散造成地层伤害。 韭菜园子组绿泥石含量相对较高(平均%),绿泥石是酸敏性矿物,酸化时易造成氢氧化铁胶体沉淀(酸敏)。另外伊利石和高岭石是速敏性矿物,易造成颗粒运移堵塞地层。 粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用

一、粘土矿物类型 粘土矿物(clay minerals)是粘土和粘土岩中晶体一般小于2微米,主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物,此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石(凹凸棒石)和海泡石以及非晶质的水铝英石。除水铝英石外均属层状或层链状结构硅酸盐,因此粘土矿物可按层状结构硅酸盐矿物的分类来划分。粘土矿物按成因可分为他生粘土矿物和自生粘土矿物两类,他生粘土矿物主要是来自沉积物源区的陆源矿物,矿物成分与母源区岩石类型关系密切;自生粘土矿物为储层在特定成岩阶段化学反应析出的矿物,如自生绿泥石、自生高岭石等。不同成因粘土矿物通常具有不同的矿物组合、产状、晶形和分布规律等特征。 粘土矿物的粒度细小,其大小和形态需用电子显微镜才能测定。多数粘土矿物如伊利石等呈鳞片状,结晶良好的高岭石则呈完整的假六方片状。少数粘土矿物呈管状(埃洛石)或纤维状(坡缕石和海泡石)。 晶体结构与晶体化学特点决定了它们的如下一些性质。①离子交换性。具有吸着某些阳离子和阴离子并保持于交换状态的特性。一般交换性阳离子是Ca2+、Mg2+、H+、K+、(NH4)+、Na+,常见的交换性阴离子是(SO4)2-、CI-、(PO4)3-、(NO3)-。产生阳离子交换性的原因是破键和晶格内类质同象置换引起的不饱和电荷需要通过吸附阳离子而取得平衡。阴离子交换则是晶格外露羟基离子的交代作用。②粘土-水系统特点。粘土矿物中的水以吸附水、层间水和结构水的形式存在。结构水只有在高温下结构破坏时才失去,但是吸附水、层间水以及海泡石结构孔洞中的沸石水都是低温水,经低温(100~150℃)加热后就可脱出,同时象蒙皂石族矿物失水后还可以复水,这是一个重要的特点。粘土矿物与水的作用所产生的膨胀性、分散和凝聚性、粘性、触变性和可塑性等特点在工业上得到广泛应用。③粘土矿物与有机质的反应特点。有些粘土矿物与有机质反应形成有机复合体,改善了它的性能,扩大了应用范围,还可作为分析鉴定矿物的依据。此外,粘土矿物晶格内离子置换和层间水变化常影响光学性质的变化。蒙皂石族矿物中的铁、镁离子置换八面体中的铝,或者层间水分子的失去,都使折光率与双折射率增大。 粘土矿物的形成方式有三种:①与风化作用有关。风化原岩的种类和介质条件如水、气候、地貌、植被和时间等因素决定了矿物种和保存与否。②热液和温泉水作用于围岩,可以形成粘土矿物的蚀变富集带。③由沉积作用、成岩作用生成粘土矿物。

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