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1、粘土礦物在地質、環(huán)境、材料科學領域中的應用隨著人類對粘土礦物研究的日益深入以及粘土礦物在各領域中的應用日益加深，粘土礦物的獨特性質正越來越受到人們的關注。粘土礦物分布的廣泛性、特有的物理、化學、晶體結構的性質及其形成機理的獨特性，決定了它在地質、環(huán)境、材料科學領域應用中的重要意義。1.粘土礦物的結構特征概述粘土礦物是顆粒細?。?0.1mm）的含水層狀結構硅酸鹽礦物，其結構單元層是由si-o四面體片與Al-o八面體片按不同的規(guī)律連結起來而構成，按其連結方式的不同把粘土礦物分為1:1和2:1兩種結構類型，前者如高嶺石，后者如蒙
2、脫石、伊利石、凹凸棒石等。粘土礦物結構單元層內部因發(fā)生離子的類質同象置換，比如四面體中Si離子被Ai離子置換，八面體中Ai離子被Fe、Mg離子置換，從而使其單元層表面具有電性。此外，粘土礦物顆粒細小，比表面積大，因而，粘土礦物會表現(xiàn)吸附性、離子交換性、膠體性、分散性和催化性，這些特征在地質、環(huán)境、材料科學領域中具有十分重要的意義。在粘土礦物中，硅、鋁、氧是其中最主要的元素。在這些粘土礦物中，硅和氧結合生成硅氧四面體，鋁和氧結合生成鋁氧八面體，其中硅氧四面體分布在同一個平面內，彼此以三個角頂相連，從而形成二維延展的網(wǎng)層即四面
3、體片。同樣，鋁氧八面體共用邊角形成了八面體片。這些鋁氧四面體片和硅氧八面體片又共用氧原子，將不同的片結合在一起，形成層狀結構。粘土礦物除少數(shù)為非晶質外，大多是是由按四面體配位陽離子(Si4+、Al3+、Fe3+)和按八面體配位陽離子（Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+）組成層狀或鏈狀的硅酸鹽化合物。層狀硅酸鹽的基本結構單元是硅氧四面體層或水鎂石層或三水鋁石八面體層。粘土礦物可分為高嶺石類、蒙脫石類和云母類等。高嶺石為1:1型結構，基本式為Si4Ai4O10（OH）8，個單元層間距小，小分子或陽離子很少有機會進入層際空隙
4、中，故層際通常不發(fā)生離子交換，而是在粘土的表面和邊、角發(fā)生。蒙脫石類和云母類粘土均為2:1型結構其基本式為Si3Ai4O20（OH）4·nH2O，由于同晶置換，這兩種類型的粘土礦的離子交換除在層面的邊、腳上發(fā)生，更多是由層際間的陽離子交換而形成。2.粘土礦物在石油地質中的應用眾所周知，粘土礦物是泥頁巖的主要組分，是砂巖中的主要膠結物，碳酸鹽巖、變質巖和火山碎屑巖中也往往會含有或多或少的粘土礦物；石油、天然氣的生成，儲集、運移和開采更是無不和粘土礦物密切相關。因此，粘土礦物研究成果可以用于恢復沉積盆地的古氣候、古鹽度、古濕度
5、和物源區(qū)，可以用于成巖作用和地層對比等方面的研究。粘土礦物對環(huán)境很敏感，粘土礦物研究成果可以用于推斷古環(huán)境。在一定范圍內，對于地層對比，尤其是缺少化石的啞層對比，粘土礦物研究具有獨特效果。粘土礦物的成巖轉化與有機質熱演化密切相關，將兩者結合起來，可以更有效的劃分成巖階段和生油門限值。近年來，粘土礦物和能源開發(fā)的關系日益密切，粘土礦物在防治油層損害和提高采收率方面的成效已引起許多學者和廣大工程技術人員的極大關注，由于不同地層所含的粘土礦物成分不同，不同的粘土礦物的性質差別很大，所以當其遇到不相匹配的工作液就會產生井壁垮塌和油
6、層損害等問題。①粘土礦物與古水介質古水介質對粘土礦物的形成，轉化和消失都具有明顯的控制作用，顯然，沉積盆地的粘土礦物特征是研究古水介質性質的重要依據(jù)，根據(jù)粘土組分的K2O和B含量可以計算出古水介質的鹽度；根據(jù)粘土組分的礦物組成特點可以推斷古水介質的離子種類、離子含量、離子化和古水介質的酸堿性。②粘土礦物與沉積相帶現(xiàn)代海洋沉積物的研究結果表明，伊利石是海洋中最豐富的粘土礦物，伊利石約占大西洋沉積粘土的50%，太平洋中伊利石含量略低一些；綠泥石多集中于高緯度海相沉積物中；高嶺石多集中于赤道地區(qū)的海相沉積物中。一般說來，總的趨勢
7、是海相地層趨于含有較多的伊利石和綠泥石，非海相地層比海相地層富含高嶺石和蒙皂石。一般地區(qū)的現(xiàn)代海洋沉積物研究表明，近岸海洋沉積物中，高嶺石含量高，沿著向海的方向，高嶺石逐漸減少，蒙皂石等礦物逐漸增加，造成這種現(xiàn)象的原因是差異沉積作用，粗粒的高嶺石首先沉積，蒙皂石等礦物在向海的方向上逐漸富集。一般說來，用粘土礦物特征研究沉積相帶，對于現(xiàn)代沉積比較適用，對于沉積巖在溫度較低，井深較淺時也有一定的利用價值。③粘土礦物與地層劃分和對比古生物資料是地層劃分和對比的主要依據(jù)，但是有些地層因缺少古生物化石常常難于進行劃分和對比，粘土礦物
8、特征和其他礦物特征可以彌補這種不足，尤其是對于那些古環(huán)境或來源母質（物源）等地質因素發(fā)生突變的地層，利用粘土礦物和其他礦物學特征進行劃分和對比，往往會效果更好。古環(huán)境的變化是利用粘土礦物進行地層劃分與對比的基礎。在一個舊的時代性質發(fā)生變化，而水介質性質的變化又直接關系到各種礦物的生成、轉變和消失，尤其是
