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1、第五节 陆源碎屑岩的成岩作用 一、砂岩的成岩作用 常见的成岩作用现象： 压实作用 胶结作用 交代作用 成岩蚀变 重结晶作用,1、压实作用和压溶作用 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。,机械压实作用类型示意图,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： 表现为弯曲和折断现象,斜长石脆性碎裂,白云母的弯曲和折断现
2、象,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。,。,颗粒的接触类型示意图,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 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
3、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。,5）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。,4）孔隙度 砂岩刚沉积时的孔隙度为40%；虽埋深增加，孔隙度变小。,2、胶结作用 1）常见的胶结物和胶结组构： 常见胶结物为石英和方解石 按结晶程度： 非
4、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）,斜长石共轴生长胶结,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；,砾岩，方解石胶结，CL，140,2） SiO2的胶结作用 （1）SiO2胶结物的种类 蛋白石
5、、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。,3、 交代作用 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；,交代假象白云石交代长石,2）常见的
6、交代作用 （1）石英和方解石的相互交代作用 影响因素 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，方解释的溶解度减小；,pH值与方解石、非晶质SiO2和石英的溶解度关系图,方解石交代石英的化学过程,（2）方解石交代粘土 PH=8时，溶液中富含Ca例子，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
7、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。,4、 重结晶作用 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,5、 成岩蚀变 正长石的高岭土化： 斜长石的绢云
8、母化： 斜长石的钠长石化： 火山碎屑的蚀变：,高岭石具有长石的假象,斜长石的绢云母化,6、溶解作用与次生孔隙 溶解作用的机理与现象： 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。,7、砂岩的孔隙 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,原生粒间孔和长石粒内溶孔,原生微孔隙,铸模孔,铸模孔,铸模孔、粒内溶孔、粒间孔,贴粒孔隙,粒间溶孔,组分内溶孔,超大孔,8、成岩作用共生顺序分
9、析 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。,胶结物共生顺序表达方式(Emery等，1999),德克萨斯Frio砂岩的成岩作用与埋深关系,二、泥岩的成岩作用 1、压实作用 压实作用是泥质岩最重要的成岩作用。泥质沉积物的压实作用包括两种组构上的变化： 1）孔隙度的快速降低 泥质沉积物的原始孔隙度：7090； 在埋深300500m深处孔隙度即迅速降低， 埋藏深度大于500m时，孔隙度则降低较慢。 2000m深处孔隙度为1020左右， 4000m深处，孔隙度为510， 达6000m深处时仅为33.5。 孔隙度的降低不是充填的结果，而
10、是孔隙水的排出。,2）粘土矿物的定向排列 粘土矿物片状的外形和所携带的负电荷，使粘土矿物颗粒凝结形成松散的，随机的排列形式； 当压实前粘土矿物颗粒杂乱无章的排列时，压实后则形成泥岩； 当压实前粘土矿物颗粒呈大致平行排列时，压实后则形成页岩。,2、粘土矿物的成岩转化 1）高岭石的成岩转化 形成：表生和风化阶段，酸性介质水与长石或其他铝 硅酸盐矿物反应而成；或由蒙脱石退化而成。 存在条件：孔隙水的PH值保持为酸性。 转化特征：增温，转化为地开石；但在80190度消失。 PH质增大到碱性，如有K离子，转化为伊利 石； 如由钙、钠或镁离子存在，则转化为蒙脱石或绿泥石。,2）蒙脱石的成岩转化 蒙脱石形成
11、于淋滤作用有限并由镁离子供应的碱性条件下（Lewis,1984）。 随着埋藏深度的增加，蒙脱石将转化成伊利石。在埋深超过3048m处，蒙脱石变成蒙脱石伊利石混合粘土，同时随着埋深进一步增加，伊利石所占的比例增大。 如果有Fe2和Mg2离子存在，蒙脱石则通过蒙脱石绿泥石混合层转化成绿泥石。如果孔隙水是酸性的，蒙脱石也可形成高岭石。,3）伊利石和绿泥石的成岩转化 在埋藏成岩作用过程中，若在酸性孔隙水内，两者均不稳定，甚至可以消失或转化成高岭石。 在碱性孔隙水中，伊利石和绿泥石依然可存在，但在成岩作用过程中结晶度增加。 伊利石的结晶度可以作为古地温的恢复标志。,3、泥质沉积物的脱水作用 粘土矿物水的
12、存在状态： A. 吸附于颗粒表面的吸附水 B. 包含在粘土矿物晶体层间的层间水 C. 以（OH）形式包含在构造内部的化合水 （结构水） 吸附水的排出，对晶体结构无影响； 层间水和化合水的排出，会使晶体结构发生变化。,例如： 蒙脱石的脱水作用可分为三个阶段： 第一阶段：埋深为10001500m，粘土脱去孔隙水与过量的层间水（多于两层的），含水量减至30 第二阶段：埋深大于1500m，地温为60100，主要是热力作用脱去残留层间水，转化为混合粘土，是原生孔隙水排出后最主要的一次脱水作用。 第三阶段：埋藏继续加深，地温继续升高，脱去最后一层残余层间水，转变为伊利石。,4、泥质沉积物中粘土矿物的转化对相邻砂岩胶结作用的影响 成岩过程中，泥质岩与相邻的砂岩间有物质成分的交换。 例如：释放出的硅，以次生加大边形式沉淀下来； 铁、镁离子与高岭石一起转化为绿泥石，与方解石一起转化为铁白云石；,粘土矿物随埋深的成岩转化对相邻 砂岩胶结作用的影响,深度,
