砒砂巖的結(jié)構(gòu)組成研究

董晶亮，陳磊偉，鄭福焱，劉 鎏，肖桂元，涂發(fā)強(qiáng)，張小清，張海娜

（1. 華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西 南昌 330013； 2. 中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所，湖北 武漢 430071；3. 桂林理工大學(xué)廣西巖土力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004； 4. 江西建工第一建筑有限責(zé)任公司，江西 南昌 330013；5. 廣州南沙置業(yè)有限公司，廣東 廣州 511457）

我國(guó)水土流失和土地沙漠化異常嚴(yán)峻，每年的水土流失量約為5×109t， 占全世界每年水土流失20%左右， 其中以黃河流域黃土高原砒砂巖地區(qū)最為嚴(yán)重，每年的水土流失量約為1.6×109億t，占全國(guó)水土流失總量的32%左右[1-2]。我國(guó)的糧食供給保障、環(huán)境問(wèn)題和耕地面積受到了水土流失和土地沙化的嚴(yán)重威脅。 大量流失的泥沙匯入黃河會(huì)引起河道阻塞，從而影響航運(yùn)，甚至造成洪澇災(zāi)害，危害人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。 近些年北京發(fā)生的沙塵暴天氣，也與內(nèi)蒙古地區(qū)的砒砂巖息息相關(guān)。

1919—1959 年，由于黃土高原地區(qū)的水土流失導(dǎo)致每年約有16 億t 泥沙匯入黃河。在國(guó)家有關(guān)部門(mén)的精心治理下， 水土流失得到控制，2011 年以來(lái)每年因水土流失匯入黃河的泥沙量減少至1.7 億t[3]。砒砂巖區(qū)產(chǎn)生的泥沙，主要為容易淤積在黃河下游河道的粗泥沙，粒徑大于0.05 mm。錢(qián)寧[4]指出“因?yàn)榱酱笥?.05 mm 的粗砂是黃河下游淤積泥沙的主要組成部分；因此，只需要在黃河中游找到粗泥沙的集中產(chǎn)區(qū)并進(jìn)行有效治理，就能夠有效緩解黃河中下游河道泥沙淤積的問(wèn)題”。 通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，伊金霍洛旗、 準(zhǔn)格爾旗、 內(nèi)蒙古鄂爾多斯市東勝區(qū)、達(dá)拉特旗和陜西省神木、府谷6 縣的砒砂巖地區(qū)（約為1.7×104km2）是黃河中游粗泥沙的集中來(lái)源區(qū)。

砒砂巖分布區(qū)水土流失嚴(yán)重， 植物生長(zhǎng)困難。砒砂巖地區(qū)每年注入黃河的粗泥沙占黃河粗泥沙總量的62%和黃河下游河道淤積量的25%，為黃土高原上最集中的碎屑基巖產(chǎn)沙區(qū)。 砒砂巖地區(qū)剛好位于黃河中游， 是中游水土流失最嚴(yán)重的地方，這里的土地侵蝕面積達(dá)到了3～4 萬(wàn)t/（km2·a），為內(nèi)蒙古土地沙化最嚴(yán)重的區(qū)域[5-13]。為了有效減少黃河河床泥沙淤積問(wèn)題和土地沙化，就必須加大對(duì)內(nèi)蒙古砒砂巖地區(qū)水土流失的整治。

想要有效治理砒砂巖地區(qū)的水土流失， 需弄清砒砂巖的形成機(jī)制， 而分析形成機(jī)制的關(guān)鍵在于明確砒砂巖的礦物組成和結(jié)構(gòu)組成。 明晰砒砂巖的礦物組成與結(jié)構(gòu)組成， 有助于了解砒砂巖的性質(zhì)， 是揭示砒砂巖地區(qū)水土流失機(jī)制及研發(fā)出治理水土流失方法的基礎(chǔ)。 因砒砂巖地區(qū)的水土流失十分嚴(yán)重，是黃河粗泥沙的主要產(chǎn)區(qū)，帶來(lái)的危害性巨大， 所以對(duì)砒砂巖的研究一直是國(guó)內(nèi)的熱點(diǎn)[14-23]。 國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者對(duì)砒砂巖的化學(xué)成分、礦物組成和顏色的多樣性展開(kāi)了大量的研究。 葉浩等[24]發(fā)現(xiàn)砒砂巖的化學(xué)組成成分主要為二氧化硅、三氧化二鋁和氧化鈣。 其中二氧化硅的含量最高為64.73%， 其次是三氧化二鋁含量為10.06%，氧化鈣含量為7.40%。 砒砂巖的顏色具有多樣性，常見(jiàn)的砒砂巖顏色為灰白色， 紫紅色和灰白紫紅相間3 種顏色[25-27]。 宋土順等[28]指出“烴類(lèi)流體”的漂白作用造成了砒砂巖顏色上的差異， 漂白作用的原理為酸性流體環(huán)境下硫酸鹽和天然氣的還原作用，且白色的砒砂巖就是紅色砒砂巖受到了該漂白作用所形成。 雖然砒砂巖的顏色不同，但主要礦物成分都為碳酸鈣、云母、伊利石、高嶺石、石英、鉀長(zhǎng)石、蒙脫石和斜長(zhǎng)石[29]。 盡管如此，國(guó)內(nèi)對(duì)砒砂巖的化學(xué)組成、礦物組成及顏色差異性的研究還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠且不系統(tǒng)，并沒(méi)有給出砒砂巖的結(jié)構(gòu)組成模型，也未對(duì)不同粒度的砒砂巖所含礦物進(jìn)行定量分析[30]。 只有對(duì)砒砂巖的認(rèn)識(shí)更深， 對(duì)砒砂巖的結(jié)構(gòu)組成展開(kāi)更詳細(xì)的研究，才能找到最佳的治理方法，并且從源頭上治理我國(guó)的水土流失問(wèn)題。 主要針對(duì)白色砒砂巖和紅色砒砂巖兩種砒砂巖的礦物組成、粒度組成及結(jié)構(gòu)組成展開(kāi)研究。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

砒砂巖（紅色和白色塊體）取自中國(guó)內(nèi)蒙古鄂爾多斯，原巖抗壓強(qiáng)度約為1.0 MPa，密度為1 600～1 800 kg/m3。

1.2 試驗(yàn)方法

1） 砒砂巖的結(jié)構(gòu)物質(zhì)組成及特征，即粒度組成與礦物分析。 稱(chēng)量紅色和白色砒砂巖各5 000 g，倒入料盆后加水至液面浸過(guò)砒砂巖并攪拌、靜置48 h、篩分、烘干（105 ℃，24 h），最后統(tǒng)計(jì)不同粒度砒砂巖的質(zhì)量。 然后利用光學(xué)顯微鏡對(duì)不同粒度砒砂巖展開(kāi)礦物組成分析， 同時(shí)采用德國(guó)Siemens 公司D500 型X 射線(xiàn)衍射光譜分析儀對(duì)磨細(xì)以后不同粒度的砒砂巖展開(kāi)定量分析。

2） 砒砂巖的結(jié)構(gòu)形式及特征，即砒砂巖結(jié)構(gòu)組成分析。 將紅色和白色砒砂巖加工成為長(zhǎng)、寬和高為2 cm×2 cm×1 cm 的長(zhǎng)方體， 然后利用光學(xué)顯微鏡對(duì)其進(jìn)行觀(guān)察分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 砒砂巖的結(jié)構(gòu)物質(zhì)組成及特征

2.1.1 砒砂巖的粒度組成

從圖1 可以得出，白色砒砂巖中顆粒的粒度基本集中在0.15～1.25 mm， 占總量的79.02%， 其中0.3～0.6 mm 占比最大，高達(dá)43.96%；紅色砒砂巖的粒度組成基本集中在小于0.075 mm， 占總量的83.44%。紅色砒砂巖的粒徑要遠(yuǎn)小于白色砒砂巖，其加權(quán)平均粒徑僅為白色砒砂巖的0.19 倍。 紅色砒砂巖的粘粒要遠(yuǎn)多于白色砒砂巖。 這可能是紅色砒砂巖相對(duì)白色砒砂巖遇水不易發(fā)生潰散的原因之一。

圖1 砒砂巖的粒度分布范圍Fig.1 Granularity distribution range of Pisha sandstone

2.1.2 不同粒度砒砂巖的XRD 礦物組成定量分析

圖2 和圖3 是采用德國(guó)Bruker D8 Advance（40 kV，40 mA，步長(zhǎng)0.01°，掃描時(shí)間0.5 s） X 射線(xiàn)衍射儀（XRD）對(duì)不同粒度的砒砂巖進(jìn)行物相分析得出。

圖2 表明， 白色砒砂巖的主要礦物成分為石英、鉀長(zhǎng)石、高嶺石和蒙脫石，還含有少量的氧化鐵以及碳酸鈣等。 粒度小于0.15 mm 的范圍內(nèi)，白色砒砂巖的主要礦物成分是石英、 鈉長(zhǎng)石、 鉀長(zhǎng)石、 蒙脫石和高嶺石。 同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)在粒度為0.075～0.15 mm 的范圍內(nèi)，集中了大量的黑云母，其它粒度范圍只有少量的黑云母。 粒度在0.15～0.3 mm和大于0.3 mm 的范圍內(nèi)， 白色砒砂巖的主要礦物成分都是石英、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和碳酸鈣4 種晶體。在光學(xué)顯微鏡的觀(guān)察下，發(fā)現(xiàn)支撐起砒砂巖整個(gè)骨架的是它的粗顆粒部分，主要為石英、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和碳酸鈣這4 種晶體。 白色砒砂巖中還存在蒙脫石、氧化鐵和高嶺石等礦物。 這3 種礦物都具有一定的膠結(jié)能力，能夠?qū)⑴皫r中的其它晶體礦物膠結(jié)在一起形成砒砂巖巖體。

圖2 白色砒砂巖不同粒度的XRD 衍射圖譜Fig.2 XRD pattern of white Pisha sandstone in different granularity

圖3 可以得出，紅色砒砂巖所含的礦物與白色砒砂巖相似。 不同之處在于每個(gè)粒度區(qū)間中礦物的分布及含量有所差異，蒙脫石在紅色砒砂巖中的分布更加均勻，并且僅紅色砒砂巖含有綠泥石。 紅色和白色砒砂巖具有相似的結(jié)構(gòu)。 紅色砒砂巖也含有石英、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和碳酸鈣等4 種晶體礦物。 紅色砒砂巖中具有膠結(jié)能力的礦物為蒙脫石、 氧化鐵、綠泥石和高嶺石。

圖3 紅色砒砂巖不同粒度的XRD 衍射圖譜Fig.3 XRD pattern of red Pisha sandstone in different granularity

基于不同粒度的砒砂巖物相分析結(jié)果，并結(jié)合TOPAS 4.2 對(duì)砒砂巖中各礦物成分的定量計(jì)算表明（圖4，圖5），僅紅色砒砂巖含有綠泥石，其余礦物種類(lèi)白色砒砂巖與紅色砒砂巖相同，但在不同粒度區(qū)間內(nèi)所含的礦物種類(lèi)以及含量有較大的差異。 白色砒砂巖中石英的含量高達(dá)69.2%； 蒙脫石和高嶺石只分布在粒度小于0.15 mm 的范圍內(nèi)，屬于細(xì)顆粒，且蒙脫石的含量隨著粒度的減小而增加；鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石在各粒度范圍都有分布，且分布較為均勻；黑云母集中分布在粒度小于0.3 mm 的范圍內(nèi)；氧化鐵的含量最少僅為0.35%， 分布在粒度為0.15～0.3 mm 的范圍內(nèi)；碳酸鈣分布在粒度為0.15～0.6 mm的范圍內(nèi)。 紅色砒砂巖中各礦物的分布比白色砒砂巖均勻，除了綠泥石和碳酸鈣，其余礦物在各粒度范圍內(nèi)均有分布。 與白色砒砂巖不同，紅色砒砂巖中礦物含量最高的為蒙脫石，約為40%，且在各粒度范圍內(nèi)的分布量較均勻； 其次是石英和鉀長(zhǎng)石，分別為29.97%和10.51%。 紅色和白色砒砂巖主要的礦物都為石英、蒙脫石和鉀長(zhǎng)石，但礦物含量卻大不相同。 白色砒砂巖中石英和鉀長(zhǎng)石的含量要高于紅色砒砂巖， 分別為紅色砒砂巖的2.31 倍和1.46 倍；而白色砒砂巖中的蒙脫石和黑云母的含量要遠(yuǎn)低于紅色砒砂巖，分別為白色砒砂巖的0.23 倍和0.1 倍。綜合上述結(jié)論，可以明確砒砂巖中的蒙脫石和高嶺石等次生礦物是由砒砂巖中的原生礦物（長(zhǎng)石）風(fēng)化得到的，因而砒砂巖是一種風(fēng)化嚴(yán)重的泥巖。

圖4 白色砒砂巖的礦物組成Fig.4 Mineral composition of white Pisha sandstone

圖5 紅色砒砂巖的礦物組成Fig.5 Mineral composition of red Pisha sandstone

表1 和表2 為白色砒砂巖和紅色砒砂巖按照風(fēng)化帶中礦物的穩(wěn)定性對(duì)所含礦物的分類(lèi)。 其中碳酸鈣為不穩(wěn)定礦物，鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和黑云母為次穩(wěn)定礦物，石英、蒙脫石、高嶺石和氧化鐵為穩(wěn)定礦物。 由表1 可知，不穩(wěn)定礦物只存在于粒徑為0.36～0.6 mm 和0.15～0.3 mm 的范圍內(nèi)， 總體的含量極少，約占白色砒砂巖整體質(zhì)量的2.34%。次穩(wěn)定和不穩(wěn)定礦物在各粒徑范圍都存在， 且分布較均勻，它們分別占白色砒砂巖整體質(zhì)量的17.59%和80.07%。 由表2 可知，不穩(wěn)定礦物只存在于粒徑大于0.15 mm 的范圍內(nèi)，且含量極少，占紅色砒砂巖整體質(zhì)量的1.37%。 紅色砒砂巖中次穩(wěn)定礦物和穩(wěn)定礦物分別占紅色砒砂巖整體質(zhì)量的21.92%和76.71%，且它們?cè)诓煌降姆植际志鶆?。由?和表2 對(duì)比可知，白色砒砂巖和紅色砒砂巖的不穩(wěn)定礦物、次穩(wěn)定礦物和穩(wěn)定礦物的含量相似。

表1 白色砒砂巖礦物組成Tab.1 White Pisha sandstone mineral composition%

表2 紅色砒砂巖礦物組成Tab.2 Red Pisha sandstone mineral composition%

2.1.3 不同粒度砒砂巖的光學(xué)顯微分析

圖6 表明，白色砒砂巖的不同粒度區(qū)間都分布著大量的白色透明晶體和紅褐色晶體，它們分別為石英和鉀長(zhǎng)石。 可以得出，石英與鉀長(zhǎng)石為白色砒砂巖的主要礦物組成，含量高達(dá)84%，構(gòu)成砒砂巖的骨架結(jié)構(gòu)。 當(dāng)粒度為0.3～0.6 mm 時(shí)，白色透明晶體石英的含量最高，且部分石英外表裹有紅褐色物質(zhì)（氧化鐵），它起到膠結(jié)石英和鉀長(zhǎng)石等晶體的作用；在粒度為0.15～0.3 mm 時(shí)，能觀(guān)察到黑色的顆粒狀晶體鈉長(zhǎng)石；當(dāng)粒度為0.075～0.15 mm 時(shí)，可以觀(guān)察到黑色無(wú)規(guī)則形狀的晶體，其為黑云母；當(dāng)粒度小于0.075 mm 時(shí)， 發(fā)現(xiàn)大量片狀白色晶體， 依據(jù)XRD 結(jié)果分析可知其為蒙脫石。通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀(guān)察到石英與鉀長(zhǎng)石的表面較均勻地分布著蒙脫石和黑云母， 對(duì)石英和鉀長(zhǎng)石起到包裹和膠結(jié)的作用。 白色砒砂巖中以粒徑較大的晶體為主，晶體間膠結(jié)弱。

圖6 白色砒砂巖不同粒度的光學(xué)顯微圖片（100 倍）Fig.6 Optical micrograph of different granularity white Pisha sandstone

圖7 表明，紅色砒砂巖的礦物分布比白色砒砂巖均勻。 在粒徑大于0.15 mm 的紅色砒砂巖中，可以觀(guān)察到白色透明的石英，紅褐色的鉀長(zhǎng)石，白色片狀的蒙脫石和乳白色的碳酸鈣，以及少量的黑云母；當(dāng)粒度在0.075～0.15 mm，紅色砒砂巖中含有大量蒙脫石，黑云母以及綠色的片狀晶體綠泥石，這3種晶體在紅色砒砂巖中起到膠結(jié)物質(zhì)的作用；當(dāng)粒度小于0.075 mm 時(shí)， 在紅色砒砂巖中可以觀(guān)察到大量粒徑較小的蒙脫石、石英和鉀長(zhǎng)石。 綜上可知，紅色砒砂巖在不同的粒度區(qū)間含有的礦物種類(lèi)基本相同，但是含量的多少存在很大差異。 紅色砒砂巖中以粒徑較小的粘粒為主，膠結(jié)狀態(tài)強(qiáng)于白色砒砂巖。

圖7 紅色砒砂巖光學(xué)顯微圖片（100 倍）Fig.7 Optical micrograph of different granularity red Pisha sandstone

2.1.4 砒砂巖的SEM 分析

圖8 為白色砒砂巖與紅色砒砂巖的掃描電鏡圖像，從圖8（a）中可以看出白色砒砂巖的內(nèi)部膠結(jié)程度很差，裂紋與空隙較多，結(jié)構(gòu)松散，呈現(xiàn)顆粒狀分布；從圖8（b）中可以看出紅色砒砂巖的膠結(jié)程度要優(yōu)于白色砒砂巖，結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，呈現(xiàn)褶皺狀。 白色砒砂巖以顆粒狀晶體石英和鉀長(zhǎng)石為主，覆蓋在顆粒狀晶體表面的膠結(jié)物質(zhì)為蒙脫石和黑云母，晶體間的膠結(jié)能力較差。 紅色砒砂巖中含有大量的片狀蒙脫石以及片狀的晶體綠泥石，它們?yōu)榧t色砒砂巖的膠結(jié)物質(zhì)。 紅色砒砂巖中的膠結(jié)物質(zhì)蒙脫石含量較高，膠結(jié)能力強(qiáng)；因此掃描電鏡圖像中紅色砒砂巖結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。

圖8 砒砂巖掃描電鏡圖片F(xiàn)ig.8 SEM image of Pisha sandstone

2.2 砒砂巖的結(jié)構(gòu)形式及特征

圖9 為砒砂巖在光學(xué)顯微鏡下的觀(guān)察結(jié)果。 從圖9（a）中能觀(guān)察到白色砒砂巖中含有大量的白色透明晶體石英和紅褐色晶體鉀長(zhǎng)石。 石英與鉀長(zhǎng)石構(gòu)成了白色砒砂巖的骨架，其中還含有少量的黑色顆粒狀晶體鈉長(zhǎng)石及乳白色晶體碳酸鈣，而均勻分布在它們之間起到膠結(jié)物質(zhì)作用的為親水弱膠結(jié)粘土礦物蒙脫石和黑云母。 白色砒砂巖中不同晶體的辨別度很高，界限非常清晰，各晶體之間依靠親水弱膠結(jié)粘土礦物膠結(jié)在一起，同時(shí)砒砂巖體含有大量的孔隙結(jié)構(gòu)，造成其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低。 圖9（c）為塊狀白色砒砂巖表面的3D 光學(xué)顯微掃描圖， 因白色透明的顆粒狀晶體石英的含量最高，所以整體呈現(xiàn)白色。 還能觀(guān)察到少量紅褐色和灰黑色部分，分別為鉀長(zhǎng)石以及鈉長(zhǎng)石晶體。

圖9（b）為塊狀紅色砒砂巖的結(jié)構(gòu)組成圖，可以觀(guān)察到大量的白色黏土礦物蒙脫石， 它把石英、鉀長(zhǎng)石及黑云母等晶體顆粒膠結(jié)在一起。 紅色砒砂巖中紅褐色的鉀長(zhǎng)石晶體與黑色的黑云母晶體含量要高于白色砒砂巖，且白色的石英晶體含量少于白色砒砂巖，紅色砒砂巖整體的顏色更加混濁不如白色砒砂巖亮白。 蒙脫石和氧化鐵為親水性弱膠結(jié)物質(zhì)，紅色砒砂巖因蒙脫石含量較高，膠結(jié)能力強(qiáng)，使紅色砒砂巖基體更加密實(shí)，所以紅色砒砂巖的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要高于白色砒砂巖。圖9（d）是對(duì)塊狀紅色砒砂巖表面的3D 光學(xué)顯微掃描圖， 觀(guān)察發(fā)現(xiàn)紅色砒砂巖中的顆粒狀晶體以白色石英和紅褐色的鉀長(zhǎng)石為主，還含有少量黑色的鈉長(zhǎng)石。 此外，紅色砒砂巖中能觀(guān)察到大量的白色黏土礦物蒙脫石，蒙脫石與氧化鐵等膠結(jié)物質(zhì)把顆粒狀的晶體膠結(jié)成整體，外觀(guān)呈現(xiàn)紅色。 綜上可知，砒砂巖是由顆粒狀的骨架晶體石英、鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石通過(guò)親水弱膠結(jié)物質(zhì)蒙脫石和氧化鐵等的膠結(jié)作用及晶體間的摩擦力和機(jī)械咬合力作用所形成的固體混合物，同時(shí)顆粒與顆粒之間由于膠結(jié)物的不完全填充導(dǎo)致砒砂巖基體存在大量的孔隙，其膠結(jié)方式是接觸式膠結(jié)。

圖9 砒砂巖的光學(xué)顯微分析Fig.9 Optical microscope images of Pisha sandstone

2.3 砒砂巖結(jié)構(gòu)元及幾何模型

由前述分析知，砒砂巖實(shí)際上是顆粒狀骨架晶體（石英、鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石）通過(guò)蒙脫石和氧化鐵等親水弱膠結(jié)黏土物質(zhì)的膠結(jié)作用及晶體間的摩擦力、機(jī)械咬合力作用所形成。 砒砂巖結(jié)構(gòu)松散，含有較多的空隙，其礦物成分依據(jù)遇水特性的不同可分為三大類(lèi)：膨脹元、約束元和支撐元。 膨脹元：遇水易發(fā)生膨脹的黏土礦物如蒙脫石和綠泥石等即為膨脹元；約束元：能對(duì)發(fā)生膨脹的黏土礦物起到約束作用的膠結(jié)物質(zhì)，如氧化鐵等，砒砂巖遇水發(fā)生潰散的根本原因在于膠結(jié)物產(chǎn)生的膠結(jié)力不足以約束膨脹黏土礦物產(chǎn)生的膨脹力；支撐元：砒砂巖的主要晶體顆粒組成部分如石英、 鉀長(zhǎng)石和碳酸鈣，也起到砒砂巖骨架的作用。 砒砂巖本質(zhì)是一種親水弱膠結(jié)的顆粒支撐滲透式結(jié)構(gòu)，其幾何結(jié)構(gòu)具有三元特征，其幾何模型如圖10。

圖10 砒砂巖的三元結(jié)構(gòu)幾何模型Fig.10 Geometric model of ternary structure for Pisha sandstone

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)砒砂巖礦物組成粒度分布、 微觀(guān)結(jié)構(gòu)、礦物特性與組成、膨脹源及膠結(jié)物質(zhì)、結(jié)構(gòu)組成等進(jìn)行全面的分析，得到如下結(jié)論。

1） 紅色和白色砒砂巖所含的礦物種類(lèi)基本相同，均為石英、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、蒙脫石、黑云母、氧化鐵和碳酸鈣等，但它們?cè)诟鱾€(gè)不同粒度范圍內(nèi)的礦物類(lèi)型及含量存在差別。

2） 白色砒砂巖中的顆粒狀晶體礦物含量遠(yuǎn)高于紅色砒砂巖，石英和鉀長(zhǎng)石的含量分別為紅色砒砂巖的2.31 倍和1.46 倍。 但是，白色砒砂巖中的膠結(jié)物質(zhì)含量遠(yuǎn)低于紅色砒砂巖，蒙脫石和黑云母的含量分別為紅色砒砂巖的0.23 倍和0.1 倍。 并且綠泥石僅存在于紅色砒砂巖中。 白色砒砂巖比紅色砒砂巖更加容易遇水發(fā)生潰散。

3） 砒砂巖依靠親水弱膠結(jié)黏土礦物膠結(jié)顆粒狀晶體而成，主要的膠結(jié)方式為接觸式膠結(jié)，為三元結(jié)構(gòu)特征。 膠結(jié)礦物有膨脹黏性土礦物（蒙脫石、高嶺石和綠泥石等）、 非膨脹性黏性土礦物 （氧化鐵），這些膠結(jié)礦物不僅有膠結(jié)作用，還起到了填充作用，減少了砒砂巖基體的空隙，使其結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，強(qiáng)度增加。 砒砂巖的潰散機(jī)理是膠結(jié)礦物的膠結(jié)力小于膨脹黏土礦物產(chǎn)生的膨脹力，對(duì)膨脹黏土礦物達(dá)不到約束效果。