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1、- 1 -第三章 沉积期后变化 第一节 概述 物源区 原始沉积物质搬运和沉积作用 原始物质的形成阶段 沉积区 松散的沉积物同生、成岩作用 沉积物的搬运和沉积作用阶段 埋藏区 沉积岩 后生、表生作用 沉积后作用阶段变质岩（之前） 一、沉积后作用（概念）： 泛指沉积物形成以后，到沉积岩遭受风化作用和变质作用之前这一演化阶段的 所有变化或作用。亦称为广义的成岩作用。 广义成岩作用包括：狭义成岩作用、后生作用 狭义成岩作用：沉积物转变为沉积岩所发生的一系列变化 狭义成岩作用：沉积物转变为沉积岩所发生的一系列变化 埋藏成岩作用：碎屑沉积物随埋深增加，主要由于机械压实作用和化学胶 结作用，致使岩石逐渐致密
2、、孔隙度减小、物性变差等一些列物理和化学变化 直到变质作用。 二、沉积后作用特点： 沉积后作用的时间一般极其漫长；由于最终被埋藏后脱离了地表环境，温度、压力、pH、Eh、CO2 、O2、生 物等均有不同程度的但却十分明显地变化；变化是全面的系统的复杂的，既有物理的也有化学的，既受物理也受化学 规律支配控制；对沉积岩的性质起极重要的控制作用，对储层的孔隙度、渗透率起决定性 的作用；成岩的过程也是岩层中各种物质的迁移、富集或重新分配重新组成的过程， 也即是油气成矿的过程。研究内容极丰富多样，成岩变化原因极其复杂。成岩阶段划分方案众多。 第二节 沉积期后变化的阶段划分和特点 一、沉积后作用阶段的不同
3、划分方案依据 1、根据粘土矿物（塞根札柯（Segonzac，197O）将沉积后阶段分为以下四个阶 段：早成岩；所有粘土矿物都是稳定的，蒙脱石可以生成；中成岩：所有粘土矿物尚稳定，见高岭石的迪开石化及蒙脱石的伊利石化晚成岩；温度大于 100，蒙脱石和不规则混层粘土矿物消失；近变质：温度约 200，以伊利石和绿泥石为主。 2、根据煤岩学（瓦索耶维奇等（1963，1968）的划分方案）1）成岩作用（泥炭阶段）2）后生作用。包括以下三个时期：早后生（褐煤阶段） ；中后生（煤化阶段） ；晚后生（成煤阶段） 。3) 近变质作用- 2 -3、根据地球化学环境（费尔布里奇（Fairbridge，1967）分类
4、）l）同生成岩：埋深 01000m，与沉积环境关系密切，常导致早期石化作 用和自生成矿作用；2）深理成岩：理深为 1000 一 10000m，发生的变化多种多样，是在封存水 和其他流体特别是卤水和石油）向上和侧向运移的情况下发生的，温度可达 100 一 200；3）表生成岩：大气水的影响显著，发生的变化有氧化作用。风化作用等。 4、根据埋深（吕正谋、周自立（1985）划分为四个带）l）浅成岩带：深度小于 1700m，成岩作用以机械压实作用为主。2）中成岩带：埋深 1700 一 21OO：，砂岩为中固结状态，以原生孔隙为主， 是各类油田中最好的一类砂岩储集层。3）深成岩带：埋深 2100320O
5、m，阶状石榴石和石英强增生是该带的特征 标志，有机质已大量向石油转化，储集层物性较好，储集空间中原生和次生孔 隙均有。4）超深成岩带：理深大于 320O 一 3800m，储集层物性差，储集空间主要 是次生孔隙。渤海湾第三系深层碎屑岩中有 23 个次生孔隙发育带。 二、划分方案 方案很多：粘土矿物、煤岩学、地化环境、埋深、综合 教科书采用划分方案：同生作用、成岩作用、后生作用、表生作用 生产和科研采用划分方案：（中国石油天然气总公司科技发展部（1990）综合 自生矿物、粘土矿物、有机质成熟度、岩石结构和物性等）1、同生成岩阶段；2、早成岩阶段（分 A 和 B 两个期） ；3、晚成岩阶段（分 A，
6、B，C 三个朝） ；4、表生成岩阶段 （一） 、教科书划分方案：- 3 -1、同生作用 沉积物沉积下来后，与沉积介质还保持着联系，沉积物表层与底层水之间 所发生的一系列作用和变化。也称为“海底风化作用”或“海解作用” 。 同生作用发生在沉积物存在的初期，在其表层(10-15cm)所发生的一切作用如图 a 所示，当质点 A 处于波基面之下，并固定于沉积表面时，即为同生 作用阶段的开始。此时物质(如质点 A)与底层水发生作用，并处在开放系统中， 介质条件一般是中-酸性，氧化性质的。 在同生作用阶段生成的矿物叫同生矿物，如海绿石、沸石及结核状铁锰矿 物等，它们多沿层理面分布。底栖生物钻孔及生物扰动构
7、造也在这个阶段形成。海绿石是典型的表生矿物，产在浅海沉积物中（如砂岩、碳酸盐岩石等） 。 在近代的深度为 300500 米的浅海沉积的绿色淤泥和砂中亦有发现；人们认为 它们主要由 3 种作用形成，一是海底生物粪便蚀变；一是海水对伊利石粘土和 黑云母粘土的改造；一是从海水中直接沉淀。海绿石的颗粒一般都很小，属于 砂粒级或更小。新鲜的海绿石呈绿色，不透明。 2、成岩作用 （狭义） 沉积物脱离沉积环境，与上覆水体基本脱离情况下由松散的沉积物转变成 固结岩石所发生的作用，称为沉积物的成岩作用。 - 4 -如图 b 所示，当质点 A 被一薄层沉积物覆盖以后，而沉积物主要与软泥中 的水(叫软泥水)发生作用
8、。作用是在封闭系统中进行，无外来物质加入，其温 度、压力不大。但由于生物和细菌的作用，产生 H2S、NH3、CO2 等气体，使介 质呈碱性和还原性质，pH 达 9 以上，Eh 降至-0.4-0.6。这样就破坏了沉积物 (如质点 A)与软泥水间的平衡，引起本层物质的重新分配和组合，以建立新的 平衡。 在成岩作用阶段生成的矿物叫成岩矿物。 3、后生作用 在沉积物固结成坚硬的岩石之后，直到岩石风化或变质之前所发生的一切 作用，称为沉积岩的后生作用，或简称为后生作用。 后生作用是在温度较高，压力较大，有外来物质(来自深部的气相、液相物 质)加入的开放系统中进行的。 由于温度和压力高，作用时间长，故形成
9、的后生矿物晶体粗大，晶形完好； 又由于有外来物质加入，故新生的矿物成分可与本层物质无关，其分布不受层 理的控制，可切穿层理。 最常见的现象是交代、重结晶、次生加大等。 4、表生作用 较深埋藏的岩石，被抬升到潜水面以下，在常温常压的条件下，在渗滤水 和浅部地下水(包括上升水)的影响下所发生的变化，称为表生成岩作用。 表生成岩作用与暴露于地表或潜水面以上的岩石所遭受的风化作用是不相 同的，风化作用是一种“去石化作用” ，是使岩石发生解离和成壤作用。而表 生成岩作用表现为次生胶结、交代、某些物质的富集以及成矿作用。表生成岩 作用的强度取决于岩石的渗透性、岩性及古地理、古气候等条件。 （二） 、中石油
10、划分方案： 碎屑岩成岩作用阶段划分表- 5 -碎屑岩成岩作用阶段划分表早成岩阶段早成岩阶段晚成岩阶段晚成岩阶段早成岩早成岩晚成岩晚成岩第三节 沉积期后变化的影响因素 一、自由能：在恒温、恒压条件下，自由能决定着沉积期后化学反映的方向；- 6 -二、Ph、Eh 值：氧化还原电位和酸碱度的变化决定了孔隙水与岩石之间的离子 交换； 三、温度：使烃类物质变化，影响矿物的溶解度等；确定古地温的方法：孢粉 颜色、有机质演化及成分特点、粘土矿物组合、氧同位素、包裹体均一化温度 等。 四、压力：随着上覆沉积及水体负荷压力的增加，沉积物会发生脱水、压缩、 固结等一系列变化。 五、生物：主要体现在细菌对成岩作用的
11、影响。 六、时间：对成岩作用不是决定性影响，有一定作用。 第四节 沉积期后阶段的主要作用碎屑沉积物的沉积后作用主要有压实和压溶作用、胶结作用、交代作用、 重结晶作用、溶解作用、矿物多形转变作用等。它们都是互相联系和互相影响- 7 -的，其综合效应影响和控制着碎屑沉积物(岩)的发育历史。 1、压实作用 压实作用系指沉积物沉积后在其上覆水层或沉积层的重荷下，或在构造形 变应力的作用下，发生水分排出、孔隙度降低、体积缩小的作用。压实作用包 括早期机械压实作用和晚期压溶作用。 碎屑岩抗压效果与其矿物成分有关，砂岩碎屑颗粒中，石英颗粒的抗压实 能力最强，长石次之，岩屑抗压强度最小。 随着颗粒所受应力的不
12、断增加和地质时间的推移，颗粒受压溶处的形态将 依次由点接触演化到线接触、凹凸接触和缝合接触 。 刚性颗粒石英受应力作用产生脆性裂缝，长石沿解理、双晶缝裂开；云母 等长条状矿物弯曲变形，并发生绿泥石化；泥岩等塑性颗粒发生压实变形，甚 至被挤入粒间孔隙中，造成假杂基产状，小颗粒嵌入大孔隙内，使原生粒间孔 隙快速降低以至消失。压实作用主要发生在同生期或成岩早期，随着胶结物的 形成，胶结作用不断增强，压实作用的影响被抑制并逐渐减弱。压溶作用主要 表现为成岩晚期石英碎屑间的缝合线接触。 2、压溶作用 沉积物随埋藏深度的增加，碎屑颗粒接触点上所承受的来自上覆层的压力 或来自构造作用的侧向应力超过正常孔隙流
13、体压力时(达 22.5 倍)，颗粒接触 处的溶解度增高，将发生晶格变形和溶解作用。 3、胶结作用 胶结作用是指从孔隙溶液中沉淀出矿物质，将松散的沉积物固结起来的作 用，也是使沉积层中孔隙度和渗透率降低的主要原因之一。胶结作用主要发生 在成岩作用时期，尤其是成岩作用晚期，也可发生于表生期；后来的胶结物还 可以取代早生的胶结物，也可以发生胶结物的溶解即去胶结作用，形成次生孔 隙。胶结作用主要包括碳酸盐胶结、硅质胶结，粘土矿物胶结等几种胶结作用。胶结物的生长方式多种多样。它可以在同成分的底质上形成次生加大，如 氧化硅在碎屑石英颗粒上形成次生加大，此外如长石、方解石、锆石、电气石、 石榴子石等都可以产
14、生次生加大现象。胶结物也可以在不同的底质上沉淀，如 碎屑颗粒边缘的粘土衬边胶结、碳酸盐晶粒的粒间胶结以及石膏、沸石类矿物 的粒间胶结等。 胶结物结晶的大小与晶体生长速度以及底质的性质有关。一般来说，小晶 体生长速度快，大晶体生长速度慢。孔隙胶结物的结构特征是紧靠底质处的晶 体小而数量多，具有长轴垂直底质表面的优选方位；远离底质向孔隙中心，晶 体大，数量小。 4、交代作用- 8 -交代作用是指一种矿物代替另一种矿物的现象。交代矿物可以交代颗粒的 边缘，将颗粒溶蚀成锯齿状或鸡冠状的不规则边缘，也可以完全交代碎屑颗粒， 从而成为它的假象。 交代作用的实质是体系的化学平衡及平衡转移问题。当体系内的物理
15、、化 学条件发生改变时，原来稳定的矿物或矿物组合将变得不稳定，发生溶解、迁 移或原地转化，形成在新的物理化学条件下稳定存在的新矿物或矿物组合。 5、重结晶作用和矿物的多相转变 重结晶现象和矿物的多形转变主要发生在碎屑岩的胶结物中。碳酸盐胶结物的重结晶作用，可使砂岩的胶结物形成特征的连晶或嵌晶。 在重结晶过程中，包裹物或残留物一般仍保留在重结晶体内，它们是识别重结 晶的重要标志。在重结晶过程中，包裹物或残留物一般仍保留在重结晶体内， 它们是识别重结晶的重要标志。矿物的多形转变是一种较复杂的广义的重结晶 作用。在一般情况下，当一种矿物转变为另一种更稳定的矿物相时，只发生晶格 和形状及大小的变化。在
16、碎屑沉积岩中最有意义的是文石胶结物向方解石的转 化及非晶质氧化硅的蛋白石向玉髓及石英的转化。隐晶质的胶磷矿转变为显晶 质的磷灰石，隐晶质的高岭石转变为鳞片状或蠕虫状的结晶高岭石，也是常见 的矿物多形转变现象。高镁方解石转变为低镁方解石也是矿物的一种多形转变 现象。但在转变过程中，有镁离子的滤失。 6、溶解作用 砂岩中的任何碎屑颗粒、杂基、胶结物和交代矿物，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。如果溶解作用仅仅是砂岩中的原生胶结物被全部溶解掉，那么所形成的次 生孔隙的结构特征与原生孔隙完全一致。如果碎屑颗粒与自生矿物被溶解或部 分溶解，则所形成的次生孔隙结构与原生孔隙有很大的差别。早期形成的次生 孔隙，又可被后来的胶结物充填，交代矿物又可对碎屑和自生矿物进行再交代， 以后又可再度发生溶解。这样，砂岩的孔隙结构可以发生极大的变化。 7、 自生矿物的形成 自生矿物和结核代表着成岩、后生
