粒徑小于0.0039毫米的細碎屑含量大于50％、并含有大量粘土礦物的沉積巖。又稱粘土巖，疏松的稱為粘土，固結(jié)的稱為頁巖和泥巖。泥質(zhì)巖是分布最廣的一類沉積巖。地球表面大陸沉積物中的69％是頁巖，在整個地質(zhì)時期所產(chǎn)生的沉積物中，頁巖占80％。因此，泥質(zhì)巖的系統(tǒng)研究，對地殼物質(zhì)成分的演化，追溯地殼表層的發(fā)展史，推論古沉積環(huán)境都是非常重要的。大多數(shù)泥質(zhì)巖是母巖風化產(chǎn)物中的細碎屑，呈懸浮狀態(tài)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(chǎn)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(zhì)巖是比較少見的。因此，從形成機理來看，泥質(zhì)巖應(yīng)屬于陸源碎屑巖。
泥質(zhì)巖的物理性質(zhì)，如可塑性、耐火性、燒結(jié)性、吸附性、吸水性等被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)中。在黑色頁巖、炭質(zhì)頁巖中，發(fā)現(xiàn)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(zhì)礦物，以及一些磷酸鹽等。此外，還含有不定量的有機質(zhì)。泥質(zhì)巖的平均礦物成分為：粘土礦物占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(jié)構(gòu)、化學成分、物理性質(zhì)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(chǎn)物。蒙脫石通常由火山玻璃蝕變而來，常見于堿性土壤中。在埋藏成巖作用中，蒙脫石將轉(zhuǎn)變成伊利石。伊利石是數(shù)量最多的粘土礦物，大部分來源于先成頁巖，也是深埋頁巖的主要組分，其中伊利石常與綠泥石共生。
化學成分 泥質(zhì)巖的化學成分主要取決于它的礦物成分和所吸附離子的成分和含量。泥質(zhì)巖的化學成分以SiO2、Al2O3和H2O為主，其中又以SiO2為最多。頁巖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(zhì)巖中SiO2含量主要取決于石英含量，大部分CaO和少量MgO取決于碳酸鹽礦物的多少。Al2O3、Fe2O3、FeO、Na2O、K2O主要賦存于粘土礦物中，這些氧化物的含量變化取決于不同的粘土礦物。
沉積環(huán)境對泥質(zhì)巖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(jié)構(gòu)和構(gòu)造 泥質(zhì)巖常見結(jié)構(gòu)有：①泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。主要由小于4微米的顆粒組成，因而巖石致密均一。當含粉砂和砂時，則形成各種過渡類型結(jié)構(gòu)，如粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)等。②鮞粒和豆粒結(jié)構(gòu)。粘土質(zhì)點圍繞核心凝聚而成，直徑小于2毫米的稱鮞粒，大于2毫米的稱豆粒，常見于膠體成因的粘土巖中。③同生礫屑結(jié)構(gòu)。粘土物質(zhì)沉積后，尚未完全固結(jié)，受到流水沖刷形成礫屑，又被粘土物質(zhì)膠結(jié)而成。粘土巖的構(gòu)造分宏觀構(gòu)造和顯微構(gòu)造。宏觀構(gòu)造中最顯著的是由于粘土礦物的定向排列而呈現(xiàn)出的剝裂性，在頁巖中最常見。常見的顯微構(gòu)造有：由極細小的鱗片狀粘土礦物雜亂分布而成的鱗片構(gòu)造，多見于泥巖中；由纖維狀粘土礦物錯綜交織而成的氈狀構(gòu)造和由片狀粘土礦物定向排列而成的定向構(gòu)造。常在靜水環(huán)境中形成，也可以是壓實作用的結(jié)果。
主要巖石類型 泥質(zhì)巖的主要巖類有下列幾種：①高嶺石粘土（巖），又稱高嶺土，因首先發(fā)現(xiàn)于中國江西景德鎮(zhèn)附近的高嶺村而得名。主要由高嶺石組成，質(zhì)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、云母、黃鐵礦、菱鐵礦和有機質(zhì)等。其化學成分主要是SiO2、Al2O3和H2O。巖石多呈白、灰等色，含雜質(zhì)時色變深。致密塊狀或疏松土狀，有膩滑感，可塑性低，粘結(jié)性小，耐火度高，可達1770～1790℃,具良好的絕緣性和化學穩(wěn)定性。主要作造紙涂料、填料、橡膠、塑料、油漆填料和陶瓷原料。用高嶺土制合成沸石，可用于氣體和液體的吸附、干燥、分離凈化，以及石油的催化、裂化等。高嶺石粘土（巖）可分為風化殘積型和沉積型。前者主要發(fā)育在酸性及中酸性侵入巖的風化殼中，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(chǎn)地有江西景德鎮(zhèn)、湖南衡陽等地。后者是由SiO2和Al2O3膠體在酸性介質(zhì)中凝聚而成，也可以是風化殘積型高嶺土（巖）的侵蝕破壞產(chǎn)物，以機械方式沉積而成。中國晚古生代和部分中生代含煤巖系中沉積型高嶺土（巖）的儲量遠大于風化殘積型高嶺土(巖)。著名產(chǎn)地有河北唐山、山東淄博等地。中國許多煤田中發(fā)現(xiàn)有一種高嶺石泥巖，呈煤層夾矸產(chǎn)出，幾乎由純高嶺石組成，是一種優(yōu)質(zhì)高嶺土礦床，厚度不大，但層位穩(wěn)定，分布范圍廣泛，可作地層和煤層對比標志。在高嶺石泥巖中，發(fā)現(xiàn)了高溫石英、透長石以及自形鋯石、磷灰石和褐色黑云母等特殊重礦物，結(jié)合它的地質(zhì)產(chǎn)狀，使人們相信，火山灰降落，后經(jīng)蝕變是高嶺石泥巖的形成機理。②蒙脫石粘土（巖）,主要由蒙脫石組成，常含少量白云母、綠泥石、碳酸鹽礦物、石膏、有機質(zhì)以及未分解的火山凝灰物質(zhì)等。巖石常呈白、粉紅、淡綠、淺黃等色。吸水性、可塑性和粘結(jié)性強，但耐火度弱。按其工藝性能和用途，又分為膨潤土（又稱斑脫巖）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、制糖、油脂工業(yè)中用作脫色劑，鑄造工業(yè)中作粘結(jié)劑，鉆探中作泥漿材料。漂白土是一種膠質(zhì)粘土，成分與膨潤土相似，但鈣多、鈉少，吸附性能強，在精煉石油產(chǎn)品及精制礦物油和植物油時，作為脫色劑或漂白劑。中國主要產(chǎn)地有吉林舒蘭，浙江余杭、臨安，江蘇江寧，新疆托克遜等地。蒙脫石粘土（巖）是凝灰?guī)r或玻璃質(zhì)噴出巖，在堿性介質(zhì)(pH=7～8.5)中，在海水或地下水的作用下的分解產(chǎn)物，堆積于原地或沉積于湖泊、海灣以及深海中而成。③伊利石粘土（巖），是以伊利石為主的分布最廣的一類粘土(巖)，但經(jīng)常含有其他粘土礦物，以及石英、長石、云母等碎屑和有機質(zhì)。巖石常呈灰、黃褐等色，水平層理發(fā)育。由于常含較多雜質(zhì)，一般僅作粗陶瓷制品及制磚瓦原料。伊利石粘土（巖）在大陸及海洋環(huán)境中均可生成。地層時代越老，其相對含量也越大，這與成巖作用有關(guān)。④泥巖和頁巖。泥巖是塊狀的不具紋理或頁理的泥質(zhì)巖，頁巖是具紋理或頁理的泥質(zhì)巖(見彩圖)。這兩種巖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(zhì)泥巖和鈣質(zhì)頁巖。含鐵離子時，巖石呈紅、紫紅、灰綠等色，稱為鐵質(zhì)泥巖和鐵質(zhì)頁巖。富含SiO2（含量可達85％以上）的，稱為硅質(zhì)泥巖和硅質(zhì)頁巖。含大量碳化有機質(zhì)的，稱為碳質(zhì)泥巖和碳質(zhì)頁巖。含較多有機質(zhì)和細分散的硫化鐵而顯黑色的，稱為黑色泥巖和黑色頁巖。黑色頁巖中常有各種金屬元素，有時達工業(yè)品位。黑色頁巖中銥和碳的異常含量，以及它在某些地質(zhì)時期(如前寒武紀、早古生代、石炭紀等)在世界范圍內(nèi)的廣泛分布，引起地質(zhì)學家的極大注意。認為黑色頁巖是在不尋常的缺氧事件下形成的。含一定數(shù)量干酪根(>10%)的頁巖，稱為油頁巖，可從中提取若干有用氣體和焦油。 成巖作用 泥質(zhì)巖在成巖階段主要發(fā)生壓實作用和礦物成分的轉(zhuǎn)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(zhì)沉積物僅含30％的水，此時已形成泥質(zhì)巖。隨著埋深加大，發(fā)生不同程度的脫水作用，最后泥質(zhì)巖中只剩下百分之幾的水。礦物成分的轉(zhuǎn)變主要是由于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(zhuǎn)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(zhuǎn)變成伊利石。當過渡到初始變質(zhì)（溫度為200～300℃，壓力為1×108～2×108帕)時，可出現(xiàn)葉蠟石和濁沸石。隨著初始變質(zhì)程度的加強和繼之而來的低級變質(zhì)作用，最后，伊利石被絹云母和綠泥石代替。因此，研究粘土礦物在成巖作用中的轉(zhuǎn)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.
P. E. Potter,J. B. Maynard, W. A. Pryor, Sedi-mentology of Shale Study Guide and Reference Source,Springer-Verlag, New York, 1980.
