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1、第三章 陆源碎屑岩砂岩成岩作用,一、压实与压溶作用 二、胶结作用 三、交代作用 四、重结晶作用 五、溶解作用与次生孔隙 六、成岩作用共生顺序分析,沉积期后作用是泛指沉积物形成之后，到沉积岩的风化作用和变质作 用以前这一演化阶段的所有变化或作用，包括成岩作用和后生作用。 成岩作用的阶段划分 1.同生作用(syngenesis)：沉积后至埋藏前沉积物与水之间的一系列作用（溶解、水合、解,Ph,Eh, O2，CO2逸度改变）。 2.成岩作用(diagenesis): 埋藏后至岩石固结，即，由沉积物到沉积岩的过程中的一系列变化，包括压实和胶结作用。 3.后生作用(anadiagenesis):固结后至
2、变质前，包括交代、重结晶、次生加大、压溶。 4.表生作用(epidiagenesis):潜水面以下、低温压下，与地下水的作用，包括溶蚀、充填、交代。,成岩作用的概念回顾,沉积岩的成岩作用,常见成岩作用现象,压实作用(compaction):静压力下沉积物排气、排水、体积缩小、孔隙度降低、密度增加。 2. 胶结作用(cementation):孔隙水过饱和沉淀出矿物质（胶结物cement),将沉积物粘结成岩石。 3. 压溶作用(pressure-solution):压力下沉积物颗粒间或沉积岩内部发生溶解。如，缝合线构造 4. 重结晶作用(recrystallization):通过溶解再沉淀或固体扩
3、散，使得细小晶粒集结成粗大晶粒。如，蛋白石（非晶质）玉髓（隐晶质）石英（显晶质） 5. 交代作用(replacement):外来组分取代原组分。如，白云石化，SiO2与CaCO3相互交代。 6. 自生矿物的形成(authigenic mineral)：海绿石，鲕绿泥石，沸石类，粘土矿物，方解石、菱铁矿、草莓状黄铁矿，自生石英和自生长石（再生加大边）,压 实 作 用,压 溶 作 用,交 代 作 用,胶结作用,1、自由能 2、PH值和EH值 3、温度的影响 4、压力的影响 5、生物对成岩作用的影响 6、时间因素,影响成岩作用因素,砂岩的成岩作用,常见的成岩作用方式： 一、压实作用、 二、胶结作用、
4、 三、交代作用、 四、重结晶作用 五、溶解作用与次生孔隙 六、成岩共生序列分析,一、压实作用和压溶作用,砂岩的成岩作用,A 发生的时间： 胶结作用之前胶结过程中胶结作用之后。 B 表现方式： 早期：以压实作用方式为主，颗粒之间的滑动、重新排列和某些颗粒的碎裂变形。 晚期：压溶作用方式为主，压力集中在颗粒接触点上。,一、压实作用和压溶作用,砂岩的成岩作用,机械压实作用类型示意图,一、压实作用和压溶作用,砂岩的成岩作用,1、压实组构 A 刚性颗粒：颗粒间的接触关系为点接触、线接触、凹凸接触和缝合 线接触，甚至发生碎裂。 B 塑性接触：发生塑性变形，变形强烈时，形成假杂基。 C 片状矿物：表现为弯曲
5、和折断现象,一、压实作用和压溶作用,砂岩的成岩作用,1、压实组构,斜长石脆性碎裂,1、压实组构,一、压实作用和压溶作用,砂岩的成岩作用,白云母的弯曲和折断现象,一、压实作用和压溶作用,砂岩的成岩作用,2、机械压实作用向化学压溶作用的转化 影响因素： 水膜的影响：石英颗粒表面有很薄的水膜（几个分子厚），在压力点上由于水的作用和参与，该处石英颗粒表面首先溶解形成H4SiO4 ，向周围扩散，在应力小的部位沉淀形成石英次生加大边。 伊利石粘土的影响：砂质颗粒之间常有伊利石粘土膜，粘土膜由粘土和水膜聚集而成。增强溶解和扩散作用。 深度：压溶作用随深度增加而增强。,2、机械压实作用向化学压溶作用的转化,。
6、,一、压实作用和压溶作用,砂岩的成岩作用,颗粒的接触类型示意图,2、机械压实作用向化学压溶作用的转化,一、压实作用和压溶作用,砂岩的成岩作用,机械压实作用下刚性颗粒接触关系,3、压实作用的估计方法及其随埋深的变化 （1）刚性颗粒的接触强度 Taylor（1950）的研究表明： 在埋深900米处，点接触占52%； 在埋深2200米处，点接触减少为零； 在埋深1700米处，缝合接触为零； 在埋深2700米处，缝合接触占32%。 一般，随深度增加，刚性颗粒的接触强度增加。,一、压实作用和压溶作用,砂岩的成岩作用,3、压实作用的估计方法及其随埋深的变化 （2）孔隙度 砂岩刚沉积时的孔隙度为40%；虽埋
7、深增加，孔隙度变小。 （3）去胶结物孔隙度（cim） 去胶结物孔隙度：“将胶结物全部去掉之后得到的孔隙度”。即砂岩现有的孔隙度与胶结物所占孔隙度之和。 i砂质沉积物的初始孔隙度，约40%； m去胶结物孔隙度； c经压实作用减少的孔隙度 c = i - m 当c 为零或很小时，说明压实作用微弱或没有发生； 当c为负值时，说明砂岩遭受了强烈的交代作用。,一、压实作用和压溶作用,砂岩的成岩作用,3、压实作用的估计方法及其随埋深的变化,一、压实作用和压溶作用,砂岩的成岩作用,1、常见的胶结物和胶结组构 按结晶程度： 非晶质胶结物：蛋白石、铁质等 隐晶质胶结物：玉燧 显晶质胶结物：具明显的结晶结构 显晶
8、质胶结物又分： 共轴生长胶结（石英次生加大边、长石加大边） 外延生长胶结（粒状结构、嵌晶结构、栉状结构,二、胶结作用,砂岩的成岩作用,1、常见的胶结物和胶结组构,二、胶结作用,砂岩的成岩作用,斜长石共轴生长胶结,1、常见的胶结物和胶结组构,二、胶结作用,砂岩的成岩作用,斜长石的绢云母化,2、碳酸盐的胶结作用 （1）碳酸盐胶结物的种类： 方解石、白云石、铁白云石、文石，菱铁矿、菱锰矿等。 多以显晶质结构存在或栉状结构、嵌晶结构、交代结构等。 （2）来源： 文石、镁方解石的溶解； 白云岩化作用； 生物活动释放的二氧化碳使碳酸盐溶解； 火山活动造成的碳酸盐溶解； 压溶作用形成的；,二、胶结作用,砂岩
9、的成岩作用,3、 SiO2的胶结作用 （1）SiO2胶结物的种类：蛋白石、玉髓和石英 （2）SiO2胶结物的沉淀机制 实验证明：SiO2 胶结物的沉淀作用是由垂直循环的地表 水引起的。石英砂岩中的次生加大石英是在较浅的埋藏 条件下，碎屑颗粒沉积后强烈压实前沉淀的。 （3）SiO2胶结物的来源 A 海洋中硅质生物体的溶解； B 硅酸盐矿物的转化释放出SiO2； C 在深埋藏条件下，因高温造成的部分石英的重溶； D 压溶作用。,二、胶结作用,砂岩的成岩作用,砾岩，方解石胶结，CL，正交光，140,1、交代组构： 交代假象：交代矿物具有被交代矿物的假象： 幻影构造：强烈的交代作用使原生颗粒只保留模糊
10、的轮廓； 交代切割：原生矿物颗粒被后期的矿物切割或溶蚀； 交代残留：交代作用进行不彻底； 例如：石灰岩为SiO2交代形成燧石结核或燧石层,三、交代作用,砂岩的成岩作用,交代假象结构高岭石具有长石的假象,交代假象白云石交代长石,2、常见的交代作用 （1）石英和方解石的相互交代作用 PH值的影响 PH值小于9时，方解石溶解，石英沉淀，石英交代 方解石硅化； PH值大于9.8时，石英溶解，方解石沉淀，方解石 交代石英碳酸盐化。 温度的影响： 随着温度的升高，石英的溶解度增加，方解石的溶 解度减小。,三、交代作用,砂岩的成岩作用,2、常见的交代作用 （2）方解石交代粘土 PH=8时，溶液中富含Ca离子
11、，一些粘土矿物将变得不稳 定而被交代。 （3） SiO2交代粘土矿物（硅化） 硅化在薄片中表现为玉髓或隐晶石英的小颗粒散布在粘 土基质中，它们可能是氧化硅在粘土矿物之间的微细孔 隙中沉淀形成的。 （4）粘土矿物交代石英 在富含粘土基质的砂岩中，常见粘土矿物，尤其是伊利 石溶蚀和交代石英颗粒或长石颗粒的现象。,三、交代作用,砂岩的成岩作用,砂岩中的重结晶作用主要发育于基质及胶结物中。 1）灰泥基质的重结晶作用： 成岩早期重结晶为微晶方解石。成岩作用晚期，由细 晶变成粗晶甚至形成嵌晶（连 生）胶结组构。 2）硅质胶结物的重结晶作用： 非晶质蛋白石胶结物变成纤维状或微晶的玉髓，然后进 一步变为晶质石
12、英，成为石英颗粒的次生加大边或呈单 独的细小自形晶体。 3）粘土基质的重结晶作用： 形成白云母或自生长石（呈次生加大边或单个的晶粒）； 隐晶质高岭石可重结晶为蠕虫状或鳞片高岭石。,四、重结晶作用,砂岩的成岩作用,砂岩中的任何碎屑颗粒、杂基、胶结物和交代矿物（后两 者统称为自生矿物），包括最稳定的石英和硅质胶结物， 在一定的成岩环境中都可以不同程度地发生溶解作用。溶 解作用的结果形成了砂岩中的次生孔隙。 砂岩的孔隙性简介 原生孔隙：原生粒间孔、微孔隙。 次生孔隙：次生粒间孔、铸膜孔、组分内溶孔 、超粒大孔 隙、贴粒孔隙、粒间晶间次生孔、微裂隙孔。,五、 溶解作用与次生孔隙,砂岩的成岩作用,原生粒
13、间孔和长石粒内溶孔,原生微孔隙（粘土矿物间或泥质杂基间的孔隙）,铸模孔（碎屑颗粒、的溶孔）,铸模孔（碎屑颗粒、的溶孔）,铸模孔、粒内溶孔、粒间孔,贴粒孔隙（见于碳酸盐胶结物紧贴着碎屑周围边界所形成的一种溶孔,粒间溶孔,组分内溶孔（碎屑颗粒内或胶结物内的溶孔）,超大孔（明显大于孔隙周围最大颗粒的次生溶孔）,多种胶结物存在时，判断形成的先后顺序的依据： 先形成的胶结物往往沉淀于孔隙的外壁 ； 相邻胶结物之 间的关系。,六、成岩作用共生顺序分析,砂岩的成岩作用,胶结物共生顺序及表达方式,(Emery等，1999),德克萨斯Frio砂岩的成岩作用与埋深关系,第三章 陆源碎屑岩砂岩成岩作用,1、砂岩常见成岩作用的方式有那些？ 2、各种成岩作用的影响因素？ 3、砂岩的压实作用与压溶作用区别？ 4、砂岩胶结作用方式？ 5、砂岩孔隙特征如何？怎样观察到？,
