黏土岩

黏土岩是沉積岩中分布最廣的一類岩石。其中，黏土礦物的含量通常大於50%，粒度在0.005～0.0039mm範圍以下。主要由高嶺石族、多水高嶺石族、蒙脫石族、水雲母族和綠泥石族礦物組成。

黏土岩緻密均一，不透水，性質軟弱，強度低，易產生壓縮變形，抗風化能力較低，尤其是含蒙脫石等礦物的黏土岩，遇水後具有膨脹、崩解等特性，不適合作為大型水工建築物的地基。

基本介紹

• 中文名：黏土岩
• 外文名：Clay rock
• 含義：沉積岩中分布最廣的一類岩石
• 分類：主要有泥岩和頁岩兩大類
• 缺點：抗風化能力較低
• 粒度：0.005～0.0039mm範圍以下

概念

黏土岩是指一種由粒徑小於0.01mm碎屑顆粒組成的岩石。具有泥質結構。以高嶺石、蒙脫石、水雲母等黏土礦物為主，也有少量石英、長石等礦物碎屑。含腐殖質的黏土岩乾燥時有吸水性、可塑性；而含高嶺石的黏土岩有滑感、無可塑性，乾燥時表面有裂紋，吸水性強，吸水後體積劇烈膨脹；水雲母黏土岩則介於上述兩者之問。常具有薄層理構造，夾于堅硬岩石問可形成軟弱結構面，浸水後易發生軟、泥化，對工程建築危害極大。

內容

黏土岩是指以黏土礦物為主(含量大於50%)的沉積岩。常見黏土礦物包括高嶺石、蒙脫石、伊利石、綠泥石等。常見黏土岩微觀構造主要有顯微鱗片構造，表現為無定向，雜亂；顯微氈狀構造，表現為略具定向性，交織、交錯消光：顯微定向構造，表現為細小鱗片狀或纖維狀黏土礦物沿層面定向排列，同時消光。

黏土岩的主要成分為黏土礦物，岩石結構很細，50%以上的粒度小於0.005mm。根據以上特徵，從手標本和顯微鏡下確認黏土岩並不困難，但若準確鑑定出是哪一種黏土礦物成分，還需採用一系列特殊的鑑定方法，如電子顯微鏡法、x射線法、薄膜油浸法、染色法和熱分析法。標本鑑定和描述內容如下：

顏色

黏土岩的顏色是黏土礦物和混入成分以及沉積一後生作用階段的物理化學環境的反映，描述時要分別描述原生色和次生色，命名時同碎屑岩可用複合名稱。

粒度結構

黏土岩的粒度結構是按黏土質點、粉砂和砂的相對含量來劃分。一般可劃分五個類型：泥狀結構(黏土>95%，粉砂<5%)；含粉砂泥狀結構(黏土>75%，粉砂5%～25%，砂<5%)；粉砂泥狀結構(黏土>50%，粉砂25%～50%，砂<5%)；含砂泥狀結構(黏土>70%，粉砂<5%，砂5%～25%，)；砂泥狀結構(黏土>50%，粉砂<5%，砂25%～50%)。從泥狀結構到砂泥狀結構，含砂量增加，顆粒變粗，標本鑑定時可根據岩石斷口粗細程度來區別。

礦物成分

黏土礦物由於細小很難肉眼鑑定，但根據物理性質可以初步鑑定單礦物黏土，常見的如有遇水體體積膨脹性質的為蒙脫石(膠嶺石)，具有強吸水性而表現粘舌頭的為高嶺石，具鱗片狀並呈現絲絹光澤者為水雲母，綠一橄欖綠色粒狀為海綠石等。

混入物成分可根據其顏色和物理性質區別，常見混入物有矽質為緻密、堅硬；鈣質加稀鹽酸起泡；鐵質為紅色或褐色；含有機質為黑色不染手；含碳質為黑色且染手。

形態結構

黏土礦物集合體形態有四種結構。膠狀結構：岩石由凝膠老化形成，可見脫水裂隙和貝殼紋，以及球顆；豆狀結構：岩石中有大於2mm的豆粒，是由黏土礦物組成，一般無同心圓結構；鮞狀結構：由黏土礦物組成的顆粒，小於2mm，且具同心圓結構，其成分可混有鐵質和有機質等；碎屑結構：未固結的黏土，被破碎後又被黏土膠結。

構造

黏土岩常見構造為水平層理構造、層面構造和沿水平層理裂開的頁理構造。具頁理構造的黏土岩稱頁岩，不具上述構造的塊狀構造岩石稱泥岩。

命名

黏土岩命名時要按固結程度和頁理發育程度定名為基本名稱(泥岩或頁岩)，再依據顏色和混入物成分命名。名稱包括：顏色+混入物成分+泥岩(頁岩)，如，紫紅色砂質泥岩。

泥化成因研究

黏土岩礦物分散度高，比表面積大，同晶替代作用顯著，帶有大量的負電荷，且品格具有脹縮性，因此具有很強的親水性。通過微觀結構及其物化特性的研究，發現黏土岩失去水活性的原因，主要是在黏土顆粒大量富集和沉積的過程中，有大量的水分進入顆粒之間，並帶人碳酸鹽，游離矽、鐵、鋁的氧化物。在成岩過程中要經歷壓密排水階段，因而這些游離氧化物或鹽類得以沉澱，有的充填在黏粒或粒團之問的孑L隙中作為充填物，有的分布在黏土顆粒或粒團的表面。在壓密成岩作用下發生膠凝、結晶，使鬆散的黏士顆粒或粒團獲得一層包膜。致使黏土顆粒或粒團活性受到約束。若將黏土岩中的粒團用化學的方法，除去表面的碳酸鈣、氧化鐵等包膜，便由大而厚的粒團分散成細微透明的薄片。黏土岩的泥化過程，可視為成岩作用的逆過程，必須使黏土岩喪失結構連線和破損黏土顆粒或粒團的包膜，恢復黏土礦物本身所具有的活性，才能與水發生積極的作用。

根據葛洲壩的具體地質條件和環境而開展的巨觀一微觀研究表明，將黏土岩暴露於大氣中風乾，使其失去結構水，便很快出現網狀裂紋。暴露時間愈長。網狀裂紋愈密集，裂縫也在不斷加寬。岩石發生r物理機械破碎作用，再遇水立即崩解而成為疏鬆的散粒體，完全失去黏土岩的工程地質性質，發生了質的變化。但風乾失水作用，只能在黏土岩裸露的表層部位進行，可採取必要的防護措施，阻止這一過程發生。

地質構造作用是黏土岩類剪下帶發生泥化的重要條件。沿剪下帶大範圍的泥化，必須有進水條件。剪下試驗表明：沿主剪下位移面，粒團和顆粒在“臥倒”定向的同時，具有吸附周圍溶液的特性，但壩區黏土岩剪下帶的天然含水量一般在15%以下，再經反覆剪下並達到足夠的位移量時，沿主剪下面處的含水量可增加lo%左右，遠未達到塑性含水量，說明單純的剪下破壞尚不能形成塑性泥，更不能形成數毫米至數厘米的塑性泥層。因而黏土岩夾層發生泥化，必須有水進入夾層。黏土岩夾層發生剪下破壞後，剪下帶的完整性首先遭到破壞，不僅出現肉眼可以看到的裂隙，同時產生許多微裂隙。構造主剪下面的形成，為水進入剪下帶並在大範圍內與之作用提供了良好的通道和條件，並使黏土岩的結構破壞，形成了一層構造碎裂岩粉帶。微觀研究表明，這一碎裂岩粉帶的粒團和顆粒發生了強烈的剪損，粒團之間和其內部原來的連線點裸露在相界面上，使其表面電荷增大，說明黏土岩經過強烈的剪下破壞後，黏土礦物的物理化學活性得到恢復。通過上述對壩基岩體中泥化剪下帶巨觀與微觀的試驗研究，認識到沉積的原生黏土岩類剪下帶發生泥化的必要條件是剪下帶經受剪下破壞，充分條件是地下水的活動。不具備這兩個條件，剪下帶是不會泥化的。在工程年代，可以預見不會發生構造運動，因此，未泥化的剪下帶不具備泥化的必要條件。