(沉积岩石学课件)第七章--碎屑沉积物(岩)的沉积后作用

复习——陆源碎屑岩各论砾岩（概述、分类、主要成因类型）砂岩概述（定义、一般特征、研究意义）分类：三端元、四端元主要类型及成因：石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩、杂砂岩粉砂岩（定义、一般特征、分类、成因）粘土岩概述（成分、结构、构造、颜色、研究意义）主要类型第七章碎屑沉积物（岩）的沉积后作用概述一、沉积后作用的定义是指碎屑沉积物沉积后转变为沉积岩直至变质作用以前或因构造运动重新抬升到地表遭受风化作用以前所发生的一切作用。相当于英美文献中的“成岩作用”（diagenesis），即广义的成岩作用。此过程实质上是地层水与沉积物之间从不平衡到平衡的变化过程。第一节沉积后作用的主要类型和影响因素一、压实压溶作用1.压实作用（1）概念压实作用是指沉积物沉积后在上覆水层和沉积层的重荷下，或在构造形变的作用下，发生水分排出、孔隙度降低、体积缩小的作用。沉积物进入埋藏阶段后最先经历的成岩作用一、压实压溶作用（2）压实作用效应/标志①岩石结构构造变化塑性颗粒受压变形，刚性颗粒受压破裂、错断颗粒趋于定向排列、成因定向构造。实际上是由不稳定状态向稳定状态转化②孔隙流体排出，为后期的成岩作用提供物质基础垂直于应力方向上颗粒溶蚀，Si4+、K+、Na+、Mg2+、Fe2+、Ca2+等离子游离出来，③岩石原始孔隙度、体积缩小压实作用效应塑性颗粒变形泥岩岩屑被压实成假杂基脆性颗粒破裂、错断石英脆性变形长石双晶纹变形，错断石英沿极不完全菱形解理破裂一、压实压溶作用2.压溶作用（1）概念随埋藏深度的增加，碎屑颗粒接触点上所承受的压力增大，颗粒接触处的溶解度增高，发生晶格变形和溶解作用，砂质沉积物就进入了压溶作用阶段。本质上，压实作用和压溶作用是同一物理—化学过程的两个阶段，是持续进行的。（来自上覆层的压力或来自构造作用的侧向应力）（超过正常孔隙流体压力达2～2.5倍）有人把压溶作用称为化学压实作用，因此在有些文献中压实作用包括物理压实和化学压实作用。一、压实压溶作用（2）效应随颗粒所受压力不断增加和地质时间的推移，颗粒由点接触→线接触→凹凸接触→缝合接触随颗粒所受压力不断增加和地质时间的推移，颗粒点接触→线接触→凹凸接触→缝合接触点接触——线接触点接触线接触凹凸接触凹凸接触缝合接触缝合接触一、压实压溶作用3.差异压实作用是指内部组构不均一的沉积层或粒度不一致的薄沉积层，由于原始组分对压力的敏感程度不同，在压实过程中发生差异流动，使原始沉积构造遭受到破坏，并形成一些新的构造特征，常见的如瘤状构造、扁豆状构造。差异压实作用压实作用细粒沉积物→沉积岩的重要成岩作用胶结作用粗粒沉积物→沉积岩的重要成岩作用二、胶结作用1.概念胶结作用是指从孔隙溶液中沉淀出矿物质（胶结物），将松散的沉积物固结起来的作用。沉积岩孔渗性下降的主要原因之一主要发生在成岩作用时期后生胶结物可以取代早生胶结物胶结物溶解即去胶结作用，形成次生孔隙胶结物的生长方式——孔隙充填式二、胶结作用2.胶结物的类型和胶结方式（1）氧化硅胶结物——代表酸性孔隙水介质环境蛋白石★、玉髓★★石英（★★★★）常以石英颗粒自生加大边形式出现。次生加大胶结（secondryenlargementcement，一般多指石英砂岩中的硅质胶结）增生（overgrowth，某些溶解物质逐步沉淀在同成分的碎屑颗粒表面，使原来颗粒增大的现象）自生增长（authigenicovergrowth，在陆源矿物或化学成因矿物上长出同成分边缘的现象）。氧化硅胶结物石英次生加大自生石英产状自生石英孔隙衬边自生石英颗粒衬边自生石英二、胶结作用①氧化硅胶结物的来源A.地表水（SiO2=13ppm）和地下水（SiO2=几十ppm）B.硅质生物骨壳的溶解C.碎屑石英压溶作用D.粘土矿物的成岩转化E.硅酸盐矿物的不一致溶解尤以长石重要F.火山玻璃去玻化和蚀变变成粘土矿物或沸石类矿物G.海底火山喷发H.构造抬升T、P↓，孔隙水中的SiO2过饱和二、胶结作用（2）碳酸盐胶结物——代表碱性成岩环境①碳酸盐胶结物类型方解石★★★白云石★★成岩后期由方解石转化而来菱铁矿★还原微咸水环境，地下：富含有机质沉积物地表——沼泽环境；文石、高镁方解石同生成岩期菱镁矿二、胶结作用②碳酸盐胶结物的产状晶粒状斑块状衬边状自生加大环边嵌晶状次生孔隙充填物充填胶结微裂缝（如方解石脉）碳酸盐胶结物的产状半自形—自形晶粒状铁白云石自形粒状铁白云石石英次生加大含铁方解石嵌晶式胶结碳酸盐胶结物的产状铁白云石斑块状胶结方解石充填构造缝碳酸盐胶结物的产状铁白云石次生加大式胶结铁方解石嵌晶式胶结二、胶结作用③碳酸盐胶结物的来源海水和流动的孔隙水钙质生物介壳溶解碳酸盐颗粒的溶解深部页岩的半透膜效应使深处的碳酸盐增多。二、胶结作用（3）粘土矿物胶结粘土矿物它生★★★★★——并非真正的胶结物能将碎屑颗粒紧密粘结在一起来源于母岩（以陆源碎屑物、胶体溶液凝聚形式与碎屑同时沉积）孔隙水渗流作用（成岩过程中，因渗流作用充填局部孔隙）自生★——真正的胶结物成岩作用过程中化学沉淀而成层内火山物质或铝硅酸盐矿物等在孔隙水的作用下，在原地转变为另一种矿物，或由孔隙水带到附近孔隙内析出而形成新的自生粘土矿物，数量比它生者少得多二、胶结作用①粘土矿物胶结物类型A.高岭石形态单晶呈假六边形晶片，集合体呈书页状或蠕虫状产状充填孔隙、交代其它矿物、其它自生矿物包体产出条件酸性水介质条件、充足SiO2和Al3+的循环孔隙水来源其它粘土矿物转变、火山玻璃及长石蚀变自生高岭石自生高岭石石英砂岩粒间自生高岭石自生高岭石晶间孔充填沥青二、胶结作用B.伊利石形态细而薄的鳞片状、纤维状，最高干涉色可达一级顶部，产状颗粒包膜、孔隙衬边、孔隙搭桥（集合体）埋深增大→绢云母产出条件富K碱性条件来源其它粘土矿物转化，如高岭石、蒙脱石等。自生伊利石自生伊利石产状自生伊利石孔隙衬边丝缕状伊利石向孔隙内生长二、胶结作用C.绿泥石形态板状、玫瑰花状、竹叶状、绒球状等。产状颗粒包膜或孔隙衬边产出条件有Fe2+和Mg2+存在的还原条件来源孔隙水中直接沉淀其它粘土矿物转变，如高岭石。自生绿泥石绿泥石薄膜状胶结长石砂岩长石表面绿泥石自生绿泥石产状充填粒间孔二、胶结作用D.蒙脱石产出条件富Ca碱性条件环境常见于火山物质较丰富的砂岩，如火山碎屑（砂）岩变化成岩早期含量较高成岩作用加强→其它粘土矿物。二、胶结作用E.伊/蒙混层粘土矿物形态介于伊利石和蒙脱石之间I/S中S层的含量是划分碎屑岩成岩阶段的重要标志F.海绿石微咸水，多出现在海相石英砂岩中伊/蒙混层1：1二、胶结作用（4）长石胶结物产状自生加大边、小的自形晶体成分钾长石、钠长石，自生钙长石未见形成条件孔隙溶液中有足够的SiO2、Al2O3足够高的Na+/H+或K+/H+比值较高的温度长石胶结物产状粒间孔中自生钠长石长石次生加大边长石次生加大边二、胶结作用（5）沸石胶结物成分方沸石、片沸石、浊沸石、斜沸石等产状粒状、板状、纤维、针状、嵌晶状等产出条件高的pH值富含SiO2、Ca、Na、K等离子沸石胶结物产状浊沸石斑状胶结沸石嵌晶式胶结二、胶结作用（7）其它胶结物硫酸盐石膏、硬石膏、重晶石、天青石铁质黄铁矿、赤铁矿磷酸盐胶磷矿、磷灰石硫酸盐胶结物产状硬石膏半自形—自形枝状胶结硬石膏斑状胶结石膏斑状胶结黄铁矿胶结物黄铁矿自形晶体粒间溶孔黄铁矿颗粒衬边三、交代作用1.概念和实质概念交代作用是指一种矿物代替另一种矿物的现象实质体系的化学平衡及平衡转移两个阶段原矿物的溶解+新矿物的生成交代作用可以发生在成岩作用的各个时期三、交代作用2.碎屑岩中常见的交代作用（1）氧化硅和方解石的相互交代作用pH8硅化作用；pH＝8～9.8两者均可沉淀；pH≥9.8方解石化；自然界中pH≥9.8很罕见，故温度很重要。方解石交代石英碳酸盐矿物胶结石英铁白云石交代石英铁方解石交代石英白云石交代石英氧化硅和方解石的相互交代作用三、交代作用②方解石交代长石交代钾长石交代斜长石书中说法不妥——斜长石非常容易发生方解石化，因斜长石中含钙主要出现在方解石胶结的砂岩中方解石交代长石，先溶解，后充填。正常交代关系。碳酸盐矿物交代长石铁方解石铁白云石三、交代作用③碳酸盐交代粘土矿物方解石★★★、白云石★★、菱铁矿★成岩晚期有利介质条件pH≥8较高的Ca2+浓度三、交代作用④粘土矿物交代长石酸性介质条件高岭石化（斜长石、钾长石）碱性介质条件绢云母化（斜长石）粘土矿物交代长石斜长石绢云母化长石绢云母化后又被压实变形斜长石高岭石化长石绢云母化后又被压实变形三、交代作用⑤粘土矿物间的交代作用（相互转化作用）埋深、K+伊利石蒙脱石高岭石浅Fe2+、Mg2+绿泥石地开石珍珠陶土深碱性孔隙水酸性孔隙水酸性条件下转化三、交代作用泥岩中粘土矿物在埋藏成岩作用中的变化趋势地质时代越老绿泥石和伊利石含量增加，高岭石和蒙脱石相应减少。韦弗（1960）测定各个时代泥岩中粘土矿物的分布深埋藏地层以绿泥石和伊利石为主高岭石和蒙脱石很少三、交代作用⑥碳酸盐矿物的相互交代作用白云化作用白云石交代方解石，通常发生在成岩晚期去白云化作用主要在富含硫酸盐的地下水作用下进行，硫酸盐离子从白云石中吸取镁形成硫酸镁和方解石。含膏盐地层黄铁矿或其他硫化物的氧化作用碳酸盐矿物的相互交代铁白云石交代方解石铁白云石交代白云石铁白云石交代菱铁矿三、交代作用⑦粘土矿物对石英的交代常见于杂基含量较高的砂岩主要是伊利石水云母交代石英三、交代作用3.交代作用的标志①矿物假像交代矿物具有被交代矿物的假象②幻影构造受强烈的交代作用，原始颗粒只留下模糊的轮廓幻影③交叉切割现象交代矿物自形晶体切割被交代矿物④残留的矿物包体交代矿物包裹被交代矿物交代作用的标志浊沸石交代斜长石矿物假象交代作用的标志石英被方解石交代幻影构造交代作用的标志交叉切割现象方解石交代斜长石，残留的矿物包体四、重结晶作用与矿物的多形转变（一）重结晶小晶体重新组合和结晶成大晶体矿物变得稳定碳酸盐胶结物重结晶，可形成连晶或嵌晶胶结物（二）矿物的多形转变较复杂的广义的重结晶作用只发生晶格、形状和大小的变化，晶体可以由大变小文石、高镁方解石→低镁方解石蛋白石→玉髓→石英胶磷矿→磷灰石五、溶解作用和次生孔隙1.溶解作用（1）概念岩石组分发生部分或全部溶解的现象。（2）类型选择性溶解——成岩早期非选择性溶解——成岩晚期（3）机理沉积物（岩）中的孔隙水（介质）的物化条件（浓度、pH值、Eh值、成分等）发生改变，从而使其组分由稳定变得不稳定，以致发生溶解。五、溶解作用和次生孔隙溶解作用碎屑岩的各种组分发生在成岩作用的各个阶段五、溶解作用和次生孔隙溶解作用主要是酸性孔隙水使某些组分溶解所致从目前的研究来看，（4）酸性介质的来源有机酸无机酸粘土矿物转化大气水碳酸水产生次生孔隙溶解作用的结果溶解作用的结果研究次生孔隙的类型√发育时期层位地区五、溶解作用和次生孔隙（二）次生孔隙成岩作用中后期，油气储集层的主要储集空间1.按成因分类溶解成因构造成因：裂隙交代转化成因：晶间孔成岩收缩成因：收缩缝混合成因主要是沉积物或沉积岩在埋藏成岩过程中经受次生溶解作用形成的孔隙，也包括岩石因破碎、交代转化或收缩作用造成的缝隙。次生孔隙构造裂缝成岩收缩缝高岭石晶间孔五、溶解作用和次生孔隙2.碎屑岩溶解成因的次生孔隙溶蚀粒间孔隙部分溶解特大孔隙伸长形孔隙贴粒孔隙溶蚀填隙物内孔隙溶蚀粒内孔隙部分溶解；铸模孔溶蚀裂缝孔隙溶蚀粒间孔隙部分溶解贴粒孔隙伸长状孔隙特大孔隙溶蚀粒内孔隙晶内孔粒内孔铸模孔次生孔隙溶蚀填隙物内孔隙溶蚀裂缝孔隙次生孔隙识别标志六、影响成岩作用的因素（一）内部因素1.原始沉积物的成分（1）颗粒刚性颗粒越多，压实作用越不容易进行。（2）粘土杂基粘土膜有助于压溶作用的进行杂砂岩易压实，抑制酸性流体活动，不利改造储层→孔渗性很差，孔隙度与泥质含量负相关。（一）内部因素2.原始沉积物结构粒度和分选越好，成岩作用对储层物性的改造越有利。3.原始沉积物构造具块状层理和平行层理砂岩孔渗性好，次生孔隙发育。波状层理和小型交错层理的粉细砂岩的次生孔隙不发育。4.原始沉积物的孔渗性原始孔渗性不是最好的砂岩