陶瓷科技考古學(xué)1

1、 陶瓷科技考古學(xué) 定義：科技考古學(xué)：陶瓷科技考古學(xué)； 陶器攜帶的信息： 1). 考古學(xué)文化： 2). 技術(shù)、工藝： 3). 經(jīng)濟(jì)： 4). 藝術(shù)： 5). 環(huán)境： 6). 手工業(yè)：冶金、鹽業(yè)、釀造、化妝品； 瓷器攜帶的信息： 1). 技術(shù)、工藝： 2). 藝術(shù)： 3). 歷史、文化： 研究內(nèi)容(主要)： 陶器：1). 產(chǎn)地與考古學(xué)文化： 2). 技術(shù)、工藝： 3). 植硅體與殘留物： 4). 陶文： 瓷器：1). 礦料來源與科技鑒定； 2). 技術(shù)、工藝： 3). 藝術(shù)： 4). 中西方文化交流： 研究方法(主要)： 1). 產(chǎn)地與礦料來源(地域考古學(xué))： 成分分析：INAA、ICP、XRF、

2、 AAS、濕化學(xué)； 結(jié)構(gòu)分析：XRD、巖相、Raman、IR、 SEM、STM； 同位素分析：質(zhì)譜、高分辨ICP-MS； 多元統(tǒng)計(jì)分析：判別、聚類、因子； 2). 技術(shù)、工藝： 成分分析：INAA、ICP、XRF、 AAS、濕化學(xué)； 顯微結(jié)構(gòu)：體視顯微鏡、巖相、 SEM、STM、微區(qū)XRD； 價態(tài)分析： XPS、EXAFS等； 模擬準(zhǔn)備： 呈色機(jī)制。 3). 科技鑒定： 無損分析： 陶器、瓷器的定義： 陶瓷：各種無機(jī)非金屬固體材料； 原料；工藝和燒成溫度；原始瓷 ？ 陶器：Pottery；原始瓷：Proto-Porcelain； 瓷器：Porcelain；陶瓷：Ceramics； 陶器起源：

3、陶器、農(nóng)業(yè)、定居；多元； 就地取土與就地選土； 陶器和瓷器的關(guān)系： 相似性、質(zhì)的不同； 雞和鴨的關(guān)系； 第二章 陶瓷原料 2.1 陶瓷原料的分類 2.1.1 按工藝物理特性分類 可塑性(粘土)：高嶺土、瓷土、膨潤土等； 非可塑性(瘠性)：石英、長石(瘠性與熔劑)等； 熔劑原料：長石、滑石、霞石正長巖、玻璃質(zhì)巖石； 2.2.2 按用途分類 坯用：高嶺土、瓷土、石英、長石等； 釉用：高嶺土、石英、長石、方解石、白云石等； 輔助：石膏、高鋁粘土等； 兩種方法均不完善：原料間無嚴(yán)格界線； 新的分類方法：以礦物組成為基礎(chǔ)， 結(jié)合工藝物理性能和用途，將陶瓷礦物原料分為： 高嶺土、瓷石(瓷土)、蠟石、陶土、

4、膨潤土、 高鋁粘土(高鋁礬土)、滑石類原料、石英類原料、 長石類原料等類；其余為：其它原料類； 現(xiàn)介紹一些常用術(shù)語： 1). 塑性粘土(plastic clay) 中、高可塑性粘土； 可塑性指數(shù)大于7，或可塑性指標(biāo)大于2.4； 特別適用于電瓷；常用粘土成形性能較差； 按礦物成分：高嶺石質(zhì)、蒙脫石質(zhì)(膨潤上)、 海泡石粘土、凹凸棒石粘土等；高嶺石質(zhì)使用最廣； 可塑性：粘土與水結(jié)合泥料，外力作用變形， 外力除去后，仍能保持形變的性質(zhì)； 可塑性指數(shù)：泥料的液限含水率與塑限含水率之差； 即W=W液W塑； 液限含水率W液：粘土從塑性至流動狀態(tài)， 臨界含水率，可塑狀態(tài)的上限含水率； 塑限含水率W塑：粘土從

5、塑性至固體狀態(tài)， 臨界含水率，可塑狀態(tài)的下限含水率； 可塑性指標(biāo)：工作水分下，粘土或坯料受外力作用， 最初出現(xiàn)裂紋時應(yīng)力與應(yīng)變之乘積； 可直接測定泥球受壓破碎時的荷重及變形大??； 以kgcm表示，指標(biāo)越高，成型性能越好； 根據(jù)可塑性指數(shù)，可將粘土分為： 高可塑性粘土： 可塑性指數(shù)15； 指標(biāo)3.6 中等可塑性粘土：可塑性指數(shù)715；指標(biāo)2.5-3.6； 低可塑性粘土： 可塑性指數(shù) 7； 指標(biāo)2.5; 非可塑性粘土： 可塑性指數(shù) 1； 指標(biāo)1580； 按硬度和礦石成分：軟質(zhì)、半軟質(zhì)、硬質(zhì)和高鋁粘土； 軟質(zhì)粘土：土狀，水中易浸散； 與水或其它液體拌合：形成可塑性泥團(tuán)，粘性較大； 制作耐火制品時，常

6、用作結(jié)合劑； 半軟質(zhì)粘土：水中浸散性較慢或部分浸散； 制作耐火制品時，也常用作結(jié)合劑； 硬質(zhì)粘土：狀似巖石，水中不易浸散； 耐火制品的主要原料； 高鋁粘土：含Al2O3較高；主要由高嶺石或高嶺石 與伊利石族礦物；其次：石英、一水硬鋁石、 一水軟鋁石、三水鋁石、葉蠟石等； 實(shí)質(zhì)上是木節(jié)土、燧石粘土、高鋁粘土等統(tǒng)稱？ 5). 燧石粘土(flint clay) 專指煤系或煤層中的硬質(zhì)高嶺土； 外觀致密堅(jiān)硬，類似燧石性質(zhì)； 礦石：高嶺石為主；可含少量石英、伊利石、 一水硬鋁石和其它雜質(zhì)； 我國分布：北方各省區(qū)； 兩種類型：一產(chǎn)于煤層間，高嶺石泥巖夾矸； 即西方文獻(xiàn)中的白土石(tonsteins)； 焙

7、燒后，色潔白，優(yōu)質(zhì)陶瓷原料； 一產(chǎn)在煤系中，A層硬質(zhì)高嶺土較有價值； 俗稱焦寶石，焙燒后色淺黃；普遍用于制造炻器； 6). 蛙目粘土 含石英顆粒的白色瓷用粘土；術(shù)語亦緣自日文漢字； 粘土含粗粒石英，外觀象青蛙眼睛； 石英斑巖、花崗斑巖等風(fēng)化蝕變而成； 礦物成分：高嶺石或絹云母、伊利石為主；其次石英； 類似于我國花崗斑巖或石英斑巖型瓷土； 日本：水簸法淘洗，除去石英等雜質(zhì)，作陶瓷原料； 7). 陶石(toseki) 日文漢字；也是商品名稱：石英斑巖、花崗斑巖、 霏細(xì)巖等中酸性火山巖經(jīng)熱液蝕變而成； 主要礦物成分：絹云母和石英； 亦可含數(shù)量不等高嶺石；和我國的瓷石相當(dāng)； 8). 多水高嶺石粘土(h

8、alloysite clay) 多水高嶺土：7和10多水高嶺石組成；結(jié)晶細(xì)； 電鏡下：礦物形態(tài)呈管狀(高嶺石為片狀)； 色潔白或帶淺色，如淡青白色、淺天蘭色等； 致密塊狀，質(zhì)地細(xì)膩，斷口次貝殼狀，蠟狀光澤； 硬度12，有吸水性，富滑感； 質(zhì)地可非常純凈；制造白瓷器的優(yōu)質(zhì)原料； 含水量比高嶺土高(可達(dá)24%)，燒成收縮大； 2.2 陶瓷原料的組成 2.2.1 陶瓷胎料 粘土：含水鋁硅酸鹽礦物的混合物； 既然是混合物，化學(xué)組成應(yīng)為平均值； 主要化學(xué)組成：SiO2、Al2O3和結(jié)晶水； 骨架成分：SiO2、Al2O3； 助熔劑成分：堿金屬和堿土金屬氧化物； 呈色成分：鐵、鈦氧化物； 成因不同，化學(xué)組

9、成和雜質(zhì)含量也不同； 粘土礦物種類：膨潤土、瓷土、高嶺土、陶土等；其中瓷土：既可作胎料，又可作釉料； 2.2.2 粘土礦物的形成 2.2.2.1 地球構(gòu)造 地核、地幔和地殼； 莫霍面，即莫霍洛維契奇面，M界面： 地殼與地幔的交界面； 古登堡面，即核幔界面：地核與地幔的交界面； 地核：地球的最內(nèi)部，半徑約3470 km，高密度， 平均12g/cm3?；瘜W(xué)成分：鐵、鎳； 溫度：極高，約40006000； 可再分為內(nèi)核和外核；外核：熔融態(tài)； 內(nèi)核：極可能是固體鐵； 粘土礦：地殼巖石轉(zhuǎn)化，地表疏松層； 地幔：位于莫霍面和古登堡面之間； 厚度：約2900 km；化學(xué)成分：鐵、鎂； 平均密度：3.3-5.

10、5g/cm3 ； 可再分為上地幔和下地幔； 上地幔的上部分：薄且脆的固體巖石層； 其下部分：又稱軟流層，為熱熔融巖石，即巖漿； 下地幔：半固體狀態(tài)； 地殼：地表至莫霍面之間；巖石薄殼； 礦物組成：硅酸鹽；質(zhì)量：占地球0.2%； 按結(jié)構(gòu)分：大陸地殼、大洋地殼； 平均厚度：35 km(大陸)；7 km(大洋)； 按成分可再分為：上下兩層； 上層：花崗巖層，或硅鋁層；平均密度：2.7g/cm3 ； 下層：玄武巖層，或硅鎂層；平均密度：3g/cm3 ； 兩層間：康拉德不連續(xù)面， 即硅鋁面和硅鎂面的交界面； 硅鋁層：僅存在于大陸地殼； 硅鎂層：大陸、大洋皆有分布； 地殼表層：大氣、水、生物作用， 形成土

11、壤層、風(fēng)化殼和沉積層；厚度：010km； 2.2.2.2 礦物形成的地質(zhì)作用 粘土礦：地殼巖石轉(zhuǎn)化，地表疏松層； 巖石形成于地質(zhì)作用； 地質(zhì)作用能量來源：內(nèi)生，外生； 內(nèi)生作用能源：地球內(nèi)部熱能，包括： 放射性元素的蛻變能，地幔及巖漿的熱能， 地球重力場中，物質(zhì)調(diào)整過程中，釋放的勢能等； 內(nèi)生作用：由上述能源導(dǎo)致礦物形成的 各種地質(zhì)作用； 除火山作用外，其它都在地殼內(nèi)部發(fā)生， 即在較高的溫度和壓力條件下進(jìn)行； 種類：巖漿、偉晶、接觸交代、熱液和火山等； 機(jī)制：巖漿作用，變質(zhì)作用； 1). 巖漿作用 巖漿：地殼深處，高溫高壓 條件，富含揮發(fā)物質(zhì)的 硅酸鹽熔融體； 直接見證：火山熔漿； 組分：約

12、90%的造巖元素， 如O、Si、Al、Fe、 Ca、Na、K、Mg等； 巖漿作用：地殼深處，高溫(650-1000)高壓, 巖漿直接結(jié)晶，巖漿冷卻結(jié)晶的最初階段； 主要礦物(按晶出順序)：巖漿作用過程中， Mg、Fe硅酸鹽：橄欖石、輝石、 角閃石、 黑云母；K、Na、Ca硅酸鹽：斜長石、 正長石、微斜長石及石英等； 2). 偉晶作用 偉晶作用： 巖漿作用晚期； 侵入體冷凝的最后階段， 熔體富含的揮發(fā)組分， 在外壓力大于內(nèi)壓的 封閉條件下，緩慢結(jié)晶； 結(jié)晶特點(diǎn)：晶體粗大， 具文象結(jié)構(gòu)和帶狀構(gòu)造； 主要礦物：石英、長石、云母、理輝石、鋯石等； 3). 接觸交代作用 作用區(qū)域：中酸性巖漿 侵入體同碳

13、酸鹽類 巖石的接觸帶； 作用機(jī)制：巖漿成因溶液 作用下，巖體和碳酸鹽 類巖石之間，一系列的交代作用， 產(chǎn)生一系列Mg、Ca、Fe的硅酸鹽礦物； 產(chǎn)物：矽卡巖：含鎂矽卡巖：鎂橄欖石、尖晶石等； 鈣矽卡巖：鈣鋁石榴子石、鈣鐵石榴子石等； 4). 熱液作用 熱液：巖漿期后，巖漿侵入并冷卻過程中， 從中分泌出的以H2O為主的揮發(fā)性組份； 隨著溫度的下降，氣水溶液轉(zhuǎn)變?yōu)闊崴芤海?熱液作用：熱液轉(zhuǎn)變過程中，導(dǎo)致礦物形成； 火山熱液：巖漿期后，特殊熱液形式； 介于巖漿期后熱液與地下水熱液之間； 特點(diǎn)：火山熱液中的H2O ，以地表水為主； 火山熱液析出時間：火山爆發(fā)后；兩次爆發(fā)之間； 熱液作用類型：按溫度分

14、高、中、低溫三種： (1). 高溫?zé)嵋鹤饔?常與氣化共同作用， 又稱氣化高溫?zé)嵋鹤饔茫?溫度范圍：約400300間； 產(chǎn)物：電價高、半徑小離子 (W6+、Sn4+、Nb5+、Ta5+、 Ti4+、Th4+、TR3+、Be2+等) 電氣石 組成的氧化物和含氧鹽；如黑鎢礦、錫石、 鈮 鉭鐵礦、綠柱石；此外，還有輝鉬礦、 輝鉍礦及含揮發(fā)性成分礦物，如黃晶、電氣石等； (2). 中溫?zé)嵋鹤饔?溫度范圍：約300200間； 熱液來源：多樣，但具體礦床 常以某一熱液為主； 產(chǎn)物：種類繁多，其中， 以銅、鉛、鋅等金屬 閃鋅礦 的硫化物為主； 如黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦， 以及方解石等碳酸鹽礦物等； (3).

15、低溫?zé)嵋鹤饔?溫度范圍：約20050間； 熱液來源：復(fù)雜，且難判別； 原因：形成深度淺； 近地表，地下水起重要作用； 如，近代火山地區(qū)， 雌黃 與火山作用有關(guān)的熱泉， 地下水，占主要地位； 產(chǎn)物：砷、銻、汞等元素的硫化物； 如雄黃、雌黃、輝銻礦、辰砂， 及重晶石等硫酸鹽礦物； 5). 火山作用 巖漿作用的一種形式； 機(jī)制：地殼深部巖漿，沿地殼脆弱帶上升至地表 或直接溢出地面，甚至噴向空中的作用； 外生作用：地殼表層，太陽能影響下， 巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈，相互作用； 形成礦物的各種地質(zhì)作用； 能源：除太陽能外， 還有生物能(生物化學(xué)作用所產(chǎn)生的能量)、 化學(xué)能(固體、液體、氣體中和彼此間

16、， 各種化學(xué)作用所放出的能量)； 火山巖地區(qū)，有地球內(nèi)部熱能； 條件：溫度和壓力較低； 分類：按性質(zhì)不同，分為風(fēng)化和沉積作用； 1). 風(fēng)化作用 風(fēng)化作用：大氣和水的長期作用，溫度變化、 有機(jī)物的影響，出露地表或近地表的礦物 和巖石，化學(xué)分解和機(jī)械破碎； 產(chǎn)物：穩(wěn)定于地表，表生礦物； 2). 沉積作用 風(fēng)化產(chǎn)物， 經(jīng)水流沖刷、 溶解和搬運(yùn)， 在地表適當(dāng)條件 下沉積； 火山沉積作用： 沉積作用特殊形式； 火山噴發(fā)產(chǎn)物， 如海底火山噴氣、 熾熱的火山噴發(fā)物與海水的相互作用、火山噴出的 固體物質(zhì)被水淋濾分解，形成的產(chǎn)物，經(jīng)沉積或搬運(yùn) 一定距離再沉積； 兼有內(nèi)生及外生的雙重特點(diǎn)； (1). 機(jī)械沉積

17、錫 石 風(fēng)化條件下，機(jī)械破碎礦物，成碎屑， 除殘留原地外，主要經(jīng)水搬運(yùn)至適宜場所， 因水流速降低，礦物按顆粒大小、比重高低, 先后分選沉積，造成有用礦物集中， 如自然金、金剛石、錫石、鋯石等砂礦； (2). 化學(xué)沉積 風(fēng)化作用，礦物分解， 可溶組份溶于水， 形成真溶液， 或沿斷裂帶上升成深部鹵水等， 進(jìn)入內(nèi)陸湖泊、封閉或半封閉 石膏 的瀉湖或海灣后，若氣候干熱，水份不斷蒸發(fā)， 溶液濃度增高，至過飽和，結(jié)晶發(fā)生，形成石膏、 芒硝、石鹽、光鹵石、鉀鹽、硼砂等易溶鹽類； 膠體沉積：風(fēng)化產(chǎn)生的膠體溶液， 被水流帶入海、湖盆，受電解質(zhì)作用，凝聚、 沉淀，形成鐵、錳、鋁等氧化物和氫氧化物 的膠體成因礦物；

18、此外，海底火山噴氣， 在海底直接形成鐵、硅等膠體沉淀； (3). 生物化學(xué)沉積 某些生物的生活過程中， 從周圍介質(zhì)，不斷吸取 有關(guān)元素或物質(zhì)，組成 有機(jī)體和骨骼；其死亡后， 骨骼堆積形成礦物， 硅藻土 如硅藻土、方解石(貝殼石灰?guī)r的礦物成分)； 此外，復(fù)雜的生物化學(xué)作用，還可形成磷灰石 (磷塊巖的礦物成分)；一些沉積鐵礦，也與 生物化學(xué)作用，特別是細(xì)菌作用有關(guān)； 2). 變質(zhì)作用 地表下一定深度內(nèi)，已形成的礦物和巖石， 因巖漿活動或地殼運(yùn)動影響，巖石結(jié)構(gòu)改變 或成分改組，形成一系列變質(zhì)礦物； 按變質(zhì)作用的原因和物理化學(xué)條件， 可分為接觸變質(zhì)作用和區(qū)域變質(zhì)作用； 接觸變質(zhì)作用還分為熱變質(zhì)作用和

19、接觸交代作用； (1). 接觸變質(zhì)作用 熱變質(zhì)作用和接觸交代作用； 熱變質(zhì)：巖漿侵入、接觸圍巖， 巖漿高溫影響，圍巖變質(zhì)； 由巖漿熔融體釋放熱量引起， 基本無巖漿揮發(fā)成分參加； 結(jié)果：圍巖中礦物再結(jié)晶，顆粒 接觸變質(zhì) 變粗，如石灰?guī)r變?yōu)榇罄韼r； 也可形成新生礦物，如泥質(zhì)巖石 中的紅柱石和堇青石； 接觸交代：巖漿侵入圍巖，巖漿 侵入體的某些組份，與圍巖化學(xué) 反應(yīng)，形成新礦物； 紅柱石 發(fā)生在侵入體內(nèi)外接觸帶的范圍內(nèi)； (2). 區(qū)域變質(zhì)作用 造山運(yùn)動地帶， 因大規(guī)模地殼升降、 褶皺和斷裂，原有 巖石和礦物的物理 化學(xué)條件變化甚大， 原有巖石和礦物，必須改造，才能在新條件下 平衡，導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

20、和礦物成分變化， 新礦物形成；因這種作用的波及范圍， 具有區(qū)域性性質(zhì)，稱為區(qū)域變質(zhì)作用； 2.2.2.3 巖石種類 種類：火成巖(igneous rocks)， 沉積巖(sedimendary rocks)， 變質(zhì)巖(metamorphic rocks) 火成巖：地?；虻貧さ膸r石，經(jīng)熔融或部分熔融， 形成巖漿，冷卻固結(jié)的產(chǎn)物； 巖漿：可全部為液相的熔融物質(zhì)，稱為熔體； 也可含揮發(fā)分及部分固體物質(zhì)， 如晶體及巖石碎塊； 巖漿固結(jié)：巖漿從高溫?zé)霟?，降溫、結(jié)晶的過程； 沉積巖：形成于地表，常呈層狀； 形成機(jī)制：化學(xué)及生物化學(xué)溶液及膠體的沉淀； 原巖石經(jīng)剝蝕及機(jī)械破碎，形成巖石、 礦物或生物碎屑，經(jīng)水

21、、風(fēng)或冰川搬運(yùn)， 最后機(jī)械沉積； 上述兩種作用綜合形成； 結(jié)晶作用：沉積巖與火成巖不同； 前者：結(jié)晶于地表或近地表的溫度和壓力， 水溶液或膠體溶液中； 多數(shù)：經(jīng)歷膠結(jié)、壓實(shí)和再結(jié)晶過程； 變質(zhì)巖：火成巖和沉積巖，經(jīng)變質(zhì)作用形成； 礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造：決定于溫度、壓力改變及 應(yīng)力作用；未經(jīng)熔融過程，固體狀態(tài)下發(fā)生； 溫、壓條件：介于地表沉積和巖石熔融之間； 2.2.2.4 粘土礦的成因 成因：長石和其它不穩(wěn)定礦物與水圈，相互作用； 粘土礦物：普遍存在于土壤、沉積巖和許多 水熱蝕變帶中；火成巖和許多變質(zhì)巖中甚少； 沉積巖：地表分布最豐；其中，頁巖最為豐富； 粘土礦物：頁巖的主要成分，故也是地球表層

22、 最豐富的礦物，甚至可多于石英； 粘土礦物的生成：風(fēng)化作用(風(fēng)化粘土礦物)； 熱液、溫泉作用(蝕變粘土礦物)； 沉積、成巖作用(自生、成巖粘土礦物)； 粘土礦物的產(chǎn)狀：土壤及風(fēng)化巖；熱液、溫泉 形成的巖脈、礦體及其蝕變圍巖； 現(xiàn)代沉積物和沉積巖； 1. 風(fēng)化粘土礦物 1). 風(fēng)化作用 風(fēng)化作用：地表或接近地表?xiàng)l件下，堅(jiān)硬巖石、 礦物在原地發(fā)生物理、化學(xué)變化， 形成松散堆積物的過程； 可以是單純的機(jī)械破碎，巖石只是由大變?。?也可以通過化學(xué)反應(yīng)，巖石礦物分解， 部分被水溶解帶走，部分成新化合物殘留下來； 還可以因生物活動，礦物、巖石既有機(jī)械破壞， 又有化學(xué)的分解； 這樣，風(fēng)化作用有三類：物理、化

23、學(xué)和生物風(fēng)化； (1). 物理風(fēng)化作用 物理風(fēng)化作用：地表或近地表?xiàng)l件下，巖石、 礦物在原地的機(jī)械破碎，化學(xué)成分不變； 主要原因：巖石釋重和溫度變化； 巖石釋重：巖石膨脹； 溫度變化：巖石、礦物的膨脹與收縮、水的凍結(jié) 與融化、鹽類的結(jié)晶與潮解； 結(jié)果：巖石、礦物崩解； 特征：純機(jī)械破碎作用；巖石、礦物破屑粗細(xì)不等、 棱角清晰、粒度下粗上細(xì)、覆蓋的分水嶺及 平緩地區(qū)，碎屑成分同下伏母巖； 碎屑粘土礦物：沉積物和沉積巖的主要粘土礦物： 碎屑巖(尤其是粘土巖)、蝕變巖石和片巖等 變質(zhì)巖中的粘土礦物組分，經(jīng)物理風(fēng)化后， 形成粗細(xì)不等、形態(tài)各異的粘土礦物碎屑， 經(jīng)流水、冰川和風(fēng)力等地質(zhì)營力搬運(yùn)、沉積；

24、(2). 化學(xué)風(fēng)化作用 化學(xué)風(fēng)化作用：地表或近地表?xiàng)l件下，巖石、 礦物在原地經(jīng)化學(xué)變化，產(chǎn)生新礦物； 主要原因：氧、水溶液； 作用方式：水解作用和陽離子交換； A. 水解作用 結(jié)果：造巖礦物解體；母巖中造巖礦物結(jié)構(gòu)破壞、 金屬陽離子帶出，新的硅酸鹽或氧化物礦物形成； 即化學(xué)風(fēng)化粘土礦物形成；具體過程為： 5KAlSi8O8+4H+4HCO1+16HO2KAl2Si2O20(OH)4+8H4SiO4+ 4K+4HCO3 (鉀長石) (伊利石) 淋 失 堿金屬陽離子的析出，環(huán)境趨于堿性，伊利石水解， 形成貝得石和高嶺石；即： KAl2Si2O20(OH)4nH2O (Al2)Si13/3+Al1/

25、3O14(OH)2EnH2O+Al2Si2O5(OH)4+2SiO2+K+ (伊利石) (貝得石) (高嶺石) 較強(qiáng)酸性條件，伊利石再水解，直接轉(zhuǎn)為高嶺石；即： KAl2Si2O20(OH)42H+2HCO3+13H2O 5Al2Si2O5(OH)4+H4SiO4+2SiO2+2K+ +2HCO3 (伊利石) (高嶺石) 若繼續(xù)風(fēng)化，進(jìn)一步水解，高嶺石也分解， 形成鋁土礦和蛋白石；即： Al2Si2O5(OH)45H2O 2A1(OH)3SiO22H2O (高嶺石) (三水鋁石) (蛋白石) 同鉀長石：鈣長石、白云母和黑云母等造巖礦物 以及火山玻璃也會水解，形成粘土礦物， 具體過程如下： 鈣長

26、石+H+ 高嶺石三水鋁石 白云母+H+伊利石蒙脫石 高嶺石三水鋁石 黑云母+H+ (綠泥石)蛭石蒙脫石貝得石 高嶺石 三水鋁石 火山玻璃水鋁英石(凝膠)埃洛石高嶺石三水鋁石 火山玻璃蒙脫石埃洛石高嶺石三水鋁石 規(guī)律：水解母巖中造巖礦物解體粘土礦物， 最終形成三水鋁石； 結(jié)果：失去堿性陽離子，加入水分，成分單一化； B. 陽離子交換作用 機(jī)制：礦物中吸附的一種或幾種陽離子， 被其它陽離子替換，但礦物結(jié)構(gòu)不變的過程； 許多粘土礦物，尤其蒙皂石礦物，此性能最為明顯； 交換位置：陽離子常吸附在構(gòu)造層之間， 與礦物構(gòu)造層以很低能量連結(jié)；故便于交換； 陽離子交換，也可使粘土礦物轉(zhuǎn)變；如： (2Na+)蒙脫

27、石+Ca2+(Ca2+)蒙脫石+2Na+ (Na+)蒙脫石+K+(K+)蒙脫石+Na+ 高嶺石+Mg2+蒙脫石 后果：化學(xué)風(fēng)化，破壞原礦物、巖石， 生成新礦物、巖石； 盡管地殼巖石的種類繁多，但徹底化學(xué)風(fēng)化后， 只形成少數(shù)幾種產(chǎn)物，如殘余紅土和高嶺土等； 原因：化學(xué)元素性質(zhì)的支配，一切活潑元素，如： 堿金屬、堿土金屬、鹵族和大多有色金屬元素， 均因風(fēng)化而游離，隨水流失；只有性質(zhì)穩(wěn)定 元素，如：Fe、Al、Mn、Ni等殘留； 產(chǎn)物：同物理風(fēng)化 粘土礦物碎屑；化學(xué)風(fēng)化 粘土礦物，經(jīng)流水、冰川和風(fēng)等地質(zhì)營力的 侵蝕、搬運(yùn)和沉積，也剩下碎屑粘土礦物； (3). 生物風(fēng)化作用 生物風(fēng)化：生物對巖石、礦物

28、產(chǎn)生的破壞作用， 可以是機(jī)械的，也可以是化學(xué)的； 生物機(jī)械風(fēng)化機(jī)制：生物的生命活動，植物根劈 作用，擴(kuò)大巖石裂隙，導(dǎo)致巖石崩解； 動物的機(jī)械破壞，使巖石破碎、土粒變細(xì)； 生物化學(xué)風(fēng)化機(jī)制：生物新陳代謝和生物遺體 腐爛分解，植物和細(xì)菌的新陳代謝，常析出 有機(jī)酸等，腐蝕巖石；生物死亡后，逐漸聚集， 在還原環(huán)境下，緩慢腐爛分解，形成腐殖質(zhì)， 它一邊供植物鉀鹽等和各種碳水化合物， 另一邊腐蝕巖石和礦物； 質(zhì)的不同：巖石、礦物，經(jīng)物理、化學(xué)風(fēng)化后， 再經(jīng)生物的化學(xué)風(fēng)化，不是原來單純的無機(jī) 松散物質(zhì)；有腐殖質(zhì)：植物生長必需的有機(jī)質(zhì)； 土壤：具有腐殖質(zhì)、礦物質(zhì)、水和空氣的松散物質(zhì)； 土壤是物理、化學(xué)和生物風(fēng)

29、化作用的綜合產(chǎn)物， 尤以生物風(fēng)化作用為主； 土壤的粘土礦物組分：也來自沉積物和沉積巖中的 主要粘土礦物組分：碎屑粘土礦物； 小結(jié)：物理風(fēng)化：只能形成機(jī)械碎屑物； 化學(xué)風(fēng)化：可形成不溶于水的殘積物和溶解物； 生物機(jī)械風(fēng)化：同物理風(fēng)化； 生物化學(xué)風(fēng)化：產(chǎn)生腐殖質(zhì)，土壤； 碎屑物：碎屑巖的物質(zhì)來源； 粘土礦物(不溶物質(zhì))：泥質(zhì)巖的物質(zhì)來源； 溶解物(隨水溶液帶至湖海)：化學(xué)巖的物質(zhì)來源； 2). 影響風(fēng)化粘土礦物形成的因素 影響風(fēng)化速度的因素：氣候、地形和地質(zhì)因素； 氣候因素：降水量和溫度； 地形因素：地形的陡緩和坡向； 地質(zhì)因素：基巖礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)和 構(gòu)造運(yùn)動性質(zhì)； 氣候條件：直接影響水解

30、、水合的強(qiáng)度； 熱帶多雨森林地區(qū)：降水量大、溫度高、植被茂密； 化學(xué)和生物風(fēng)化作用普遍而強(qiáng)烈； 巖石、礦物迅速分解，形成大量厚層粘土礦物； 厚度可達(dá)100米以上； 極地地區(qū)：溫度低、植物稀少； 中緯荒漠地區(qū)：降水少、溫差大； 物理風(fēng)化為主，化學(xué)風(fēng)化作用微弱； 四個氣候帶：按氣候不同，從赤道到極地； 粘土礦物組成也不同； 各帶的風(fēng)化互不相同： (1). 熱帶亞熱帶 氣候和形成特點(diǎn)：潮濕、炎熱；水解、水合極強(qiáng)， 堿性元素(K、Na、Ca、Mg等)強(qiáng)烈淋失； 介質(zhì)：多為酸性、中性或弱堿性； 產(chǎn)物：氧化物，如：三水鋁石和褐鐵礦； 粘土礦物：只有高嶺石和埃洛石，蒙皂石暫時存在； (2). 溫暖潮濕帶 氣

31、候和形成特點(diǎn)：中等溫度和濕度；水解、水合較強(qiáng)； 堿性元素不能被帶走太遠(yuǎn)； 介質(zhì)：多為弱堿性堿性； 有機(jī)腐殖質(zhì)存在時：也可為酸性； 粘土礦物：極豐富，數(shù)量、種類都多；如： 伊利石、蒙脫石、貝得石、綠脫石、坡縷石、 海泡石等；酸性介質(zhì)，可有高嶺石和埃洛石等； (3). 干旱半干旱沙漠帶 氣候和形成特點(diǎn)：濕度不足、溫度較高(7075)， 蒸發(fā)量大于降雨量；假熱液向上遷移， 有機(jī)物作用極微弱； 粘土礦物：種類很少，主要有蒙脫石和伊利石； 鹽堿湖中可能會出現(xiàn)海泡石； (4). 極地凍土帶 氣候和形成特點(diǎn)：長年冰雷封凍，無簡單風(fēng)化； 冰川作用：將巖石磨成細(xì)粉；冰川泥或冰川紋泥； 粘土礦物特點(diǎn)：母巖的層狀硅

32、酸鹽礦物；如： 云母磨細(xì)伊利石，粘土種類甚少； 3). 風(fēng)化殘積粘土巖 位置：基巖(母巖)的風(fēng)化帶上； 母巖性質(zhì)：控制其類型； 不同母巖風(fēng)化不同粘土礦物； 典型粘土礦物：高嶺石和蒙脫石； (1). 風(fēng)化殘積型高嶺石粘土 礦物和成因：酸性火成巖(如花崗巖)及其變質(zhì)巖 (如花崗片麻巖) 強(qiáng)烈風(fēng)化(主要化學(xué)風(fēng)化) 埃洛石：緣自偉晶巖風(fēng)化； 粘土形狀：SEM下，針狀、棒狀和草莓球狀； 如：福建郭山偉晶巖風(fēng)化帶的海綿狀埃洛石； 高嶺石：緣自花崗巖或花崗片麻巖； 有時稍有埃洛石； 粘土形狀：片狀無序晶體，埃洛石以膠體充填其間； 如：福建閩清白汀侏羅紀(jì)火山巖與凝灰?guī)r風(fēng)化帶； 高嶺石成熟度較高時：呈書本狀，夾

33、雜在它形片狀 高嶺石之中； 如：江西景德鎮(zhèn)，花崗巖風(fēng)化殘積高嶺土； 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：充滿開放性孔隙，顆粒無定向排列， 孔隙度很高，連通性甚好； 純度：含有大量石英，必須經(jīng)選礦后才能利用； (2). 風(fēng)化殘積型蒙脫石粘土 礦物和成因：火山灰或凝灰?guī)r風(fēng)化蒙脫石粘土； 一般稱為斑脫巖，也有稱為膨潤土； 若經(jīng)搬運(yùn)再沉積：一般不再稱為斑脫巖； 斑脫巖：從流紋質(zhì)至玄武質(zhì)凝灰?guī)r，均可形成； 根據(jù)化學(xué)成分，粗安質(zhì)凝灰?guī)r更有利； 其含有火山玻璃轉(zhuǎn)化為蒙脫石所必須的Mg； 形成過程：K、Na、Si淋失，故地表多為鈣蒙脫石， 下部為鈉蒙脫石，再下為硅化帶； 斑脫巖特點(diǎn)：淋失的Si，遠(yuǎn)移不遠(yuǎn)，在酸性中心 沉積，常含有硅質(zhì)結(jié)

34、核；如： 遼寧黑山膨潤土； 礦物組成：主要是蒙脫石，一般不含高嶺石； 非粘土礦物：主要有蛋白石、方解石和石膏等， 常有沸石(主要是斜發(fā)拂石)共生； 4). 土壤 形成：風(fēng)化產(chǎn)物(母質(zhì))基礎(chǔ)上，經(jīng)成土作用， 逐漸發(fā)育起來的；氣候、生物、母質(zhì)、 地形等諸因素的綜合影向下形成； 生物起著主導(dǎo)作用； 土壤：不同于風(fēng)化物；其水、熱狀況和化學(xué)元素組成， 完全不同于母質(zhì)； 氣候影響：控制成土過程的方向和速度； 如：炎熱多雨的熱帶：磚紅壤和紅壤； 寒冷苔原帶：冰沼土； 土壤由固、液、氣三態(tài)物質(zhì)組成； 土壤礦物：原生礦物和次生礦物； 原生礦物：未經(jīng)化學(xué)風(fēng)化分解破壞的礦物；如： 石英、云母等； 次生礦物：由風(fēng)化產(chǎn)

35、物再次合成的礦物；如： 次生粘土礦物(蒙脫石、高嶺石等)； 不同土壤類型：緣自不同氣候帶；不同礦物組成； 如：紅壤、黃壤和磚紅壤：富高嶺石； 黑壤富蒙脫石； 2. 自生粘土礦物 1). 粘土的沉積作用 沉積作用：搬運(yùn)介質(zhì)的動能減小時，或搬運(yùn)介質(zhì) 的物理化學(xué)條件變化時，或在生物作用下， 被搬運(yùn)物質(zhì)在新環(huán)境下，堆積起來的作用； 種類：按沉積方式，有機(jī)械、化學(xué)和生物沉積作用； 產(chǎn)物：包括現(xiàn)代沉積物和古老沉積巖； 機(jī)械沉積作用：碎屑沉積物和碎屑巖； 化學(xué)沉積作用：化學(xué)沉積物和化學(xué)沉積巖(化學(xué)巖)； 粘土沉積作用的物質(zhì)來源：母巖風(fēng)化產(chǎn)物的 化學(xué)溶解物質(zhì)、粘土懸浮體、冰川磨蝕粉泥、 風(fēng)蝕粉塵、火山塵與火山

36、灰； 除化學(xué)溶解物質(zhì)外，其它粘土物質(zhì)， 顆粒細(xì)小，不易產(chǎn)生沉積； 粘土沉積的制約因素：粘土物質(zhì)的膠體化學(xué)性質(zhì)； 粘土沉積的主要方式：絮凝、淤積(聚凝等)、 吸附(粘土質(zhì)點(diǎn)吸附在碎屑顆粒表面沉積)、 濁積和靜水沉積； 粘土沉積的主要原因：堿水盆地的陽離子電性中和、 粘土懸浮體的比量和粘度增大及同性電荷相斥； 化學(xué)溶解物質(zhì)的化學(xué)沉積：較復(fù)雜，主要取決于 沉積水體的溫度、壓力和化學(xué)性質(zhì)； 沉積過程中的化學(xué)反應(yīng)，有時可改變陸源粘土礦物 的成分，形成新的自生粘土礦物，進(jìn)入沉積物； 海洋中的自生粘土礦物：可在河流附近形成； 在這里，CaCO3沉淀，剩余的HCO3，同河流帶來的 不含鈣非晶質(zhì)粘土及Na+、K

37、+和Mg2離子作用， 可形成自生粘土礦物；即： 2K+2HCO3+3A12Si2O5(OH)42KAl2(AlSi3O10)(OH)2+H2O+CO2 (水中) (水中) (非晶質(zhì)) (伊利石) 2). 自生粘土礦物 沉積物中的粘土礦物：主要碎屑狀，代表沉積物源區(qū) (物源區(qū))； 少量而重要的粘土礦物：或形成于沉積環(huán)境， 或與它們的沉積環(huán)境發(fā)生過反應(yīng)； 這些粘土礦物：為其形成環(huán)境化學(xué)方面的指示標(biāo)志； 前一類：碎屑粘土礦物；后一類：自生粘土礦物； 自生粘土礦物：沉積盆地沉積形成的粘土礦物； 它們或是溶液的化學(xué)沉淀產(chǎn)物(新成粘土礦物)； 或是先存層狀構(gòu)造硅酸鹽礦物的蝕變產(chǎn)物， 具有繼承構(gòu)造的變成粘土

38、礦物；如： 粘土礦物的轉(zhuǎn)變； 自生粘土礦物與成巖粘土礦物的區(qū)別：常不明顯； 成巖粘土礦物：明顯形成于沉積作用完成后； 可以是新成粘土礦物，也可以是變成粘土礦物； 但不反映沉積盆地水體的化學(xué)條件； 僅反映沉積物孔隙水的化學(xué)性質(zhì)； 自生粘土礦物：沉積物水界面上的沉淀產(chǎn)物； 即在水界面上，沉積物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物； 成巖粘土礦物：形成于沉積物水界面以下和 沉積物之內(nèi)； 一般：沉積物水界面以下的孔隙水與上覆水， 化學(xué)極不相同； SEM觀察：根據(jù)晶體形態(tài)(自形晶)，可明確區(qū)分： 新成粘土、碎屑粘土和變成粘土礦物； 新成自生粘土與新成成巖粘土礦物也可以區(qū)分； 因新成成巖粘土礦物連結(jié)孔隙和交代先存礦物顆粒；

39、 現(xiàn)代沉積物：既含碎屑粘土，也含自生粘土礦物； 而成巖粘土礦物僅分布在沉積巖中； 自生粘土礦物定義：與地質(zhì)工作中的定義不一致； 這里：相對于沉積物而言；這里的它生粘土礦物指： 沉積盆地中的機(jī)械沉積粘土礦物，如碎屑粘土礦物； 反映：物源區(qū)的母巖特點(diǎn)，非沉積環(huán)境特點(diǎn)， (不包括粒度的沉積環(huán)境特征)； 這里的自生粘土礦物指：沉積盆地中的化學(xué)沉積 粘土礦物和沉積物，即水界面上化學(xué)反應(yīng)形成的； 如：化學(xué)沉積伊利石、海綠石和沉積過程的粘土 礦物轉(zhuǎn)化產(chǎn)物等；反映：沉積水體的化學(xué)特征； 地質(zhì)：相對于沉積巖而言； 其自生粘土礦物定義：就地形成或再生的粘土礦物； 其它生粘土礦物：來自目前巖石以外的粘土礦物； 實(shí)際

40、上：地質(zhì)的自生粘土，以成巖粘土礦物為主； 主要反映沉積巖的孔隙水介質(zhì)特點(diǎn)； 但包括了這里的自生粘土礦物； 理由：沉積巖由沉積物壓實(shí)、膠結(jié)而成； 地質(zhì)的定義：包括成巖粘土和自生粘土礦物； 這里的自生粘土礦物定義比較合理，但因自生 和成巖粘土礦物難以區(qū)分，故地質(zhì)的定義更適用； 目前，成巖作用概念也不一致； 應(yīng)該說，成巖作用：發(fā)生在沉積物有效埋藏后至 變質(zhì)作用前的各種作用；包括：壓實(shí)、膠結(jié)、交代 和重結(jié)晶作用等； 成巖粘土礦物：成巖作用過程中形成的粘土礦物； 3). 現(xiàn)代沉積物中的粘土礦物 假說得到支持：現(xiàn)代沉積物中，大多數(shù)粘土礦物 都是碎屑成因； 例如，近代海洋沉積物中，伊利石的KAr法 同位素測

41、年給出了古生代年齡，老于海洋盆地年齡； 表明：伊利石由古老巖石派生，經(jīng)剝蝕給海洋； 從大陸剝蝕、供給海洋沉積盆地的粘土礦物成分， 受三個主要因素控制： (1). 源區(qū)基巖的礦物學(xué)；(2). 基巖之上的粘土礦物學(xué)； (3). 碎屑沉積物的搬運(yùn)系統(tǒng)(河流、風(fēng)和海流等)； 三個因素都很復(fù)雜，此外，還有重復(fù)循環(huán)現(xiàn)象等； 總之：現(xiàn)代沉積物中的粘土礦物，成因機(jī)制極其復(fù)雜； 末變質(zhì)的火成巖：不含粘土礦物，但可含少量云母 和綠泥石； 低中級變質(zhì)巖(板巖、千枚巖、片巖)：富含云母， 特別是綠泥石； 一些水熱蝕變火山巖和火山碎屑巖：可含蒙皂石 (三八面體礦物和二八面體礦物均有)、綠泥石、 綠泥石/蒙皂石間層礦物；

42、 鎂鐵質(zhì)火山巖：三八面體粘土礦物(富Mg，或Fe)； 蝕變超鎂鐵質(zhì)巖：可含綠泥石、滑石和蛇墳石； 沉積巖的礦物學(xué)：除上述三因素外，還受年齡和 地質(zhì)歷史控制(主要是成巖作用)； 總體上說，老于中生代的沉積物(頁巖)中： 僅含少量蒙皂石礦物，其或獨(dú)立存在，或存在于 伊利石/蒙皂石層間礦物中； 主要粘土礦物：伊利石和綠泥石； 前中生代巖石中：高嶺石以較小豐度出現(xiàn)； 中生代、特別是新生代沉積巖：富含蒙皂石 和具高層間比(S)的伊利石/蒙皂石層間礦物； 大多出處：凝灰質(zhì)火山玻璃的蝕變、沉積物中 (呈分散狀)、獨(dú)特的斑脫巖礦床； 非海相巖石：富含高嶺石和蒙皂石； 海相巖石：富含伊利石和綠泥石；有例外， 如

43、：許多中生代陸緣海相頁巖：富含蒙脫石； 大多剝蝕成因的沉積物：來自基巖之上的土壤， 而非基巖； 冰蝕和快速剝蝕陡峭山峰，其沉積物：來自基巖； 土壤礦物學(xué)：受母巖、氣候、地貌、水系和時間 等因素影響； 高嶺石土壤，或表層富鋁土礦三水鋁石： 溫暖、濕潤氣候(熱帶、亞熱帶)； 蒙皂石土壤：溫暖、干燥氣候(淋濾較弱)； 實(shí)驗(yàn)室模擬：鉀源(鉀長石)存在下的高層電荷 蒙皂石的濕潤干燥交替實(shí)驗(yàn)，可形成 層間比(S)從100到50的伊利石/蒙皂石 無序?qū)娱g礦物(R0)；土壤中也發(fā)生； 綠泥石土壤：溫和，含蛭石，最北緯度和最南緯度 (氣候寒冷、化學(xué)風(fēng)化最弱)； 熱帶母巖：其綠泥石被化學(xué)風(fēng)化作用破壞； 緯度控制明顯：緣自氣候； 赤道附近：高嶺石；靠近兩極：綠泥石； 河口沉積：因顆粒細(xì)小，風(fēng)、和緩河流可將粘土 礦物作長距離搬運(yùn)，集中沉積在河口處； 原因：河水入海時，鹽度變化，離子強(qiáng)度增加， 電偶層厚度減少，粘土礦物顆?？杀舜丝拷?， 足以形成集合體； 最北緯度地區(qū)和最南緯度地區(qū)：冰川剝蝕和搬運(yùn)， 可將大量源于變質(zhì)巖和古生代沉積物(巖)的 未風(fēng)化