碎屑沉积物(岩)的沉积后作用

第四节碎屑沉积物的沉积后作用沉积后作用的环境要素温度压力流体盆地的构造演化生物扰动一、砂砾沉积物（岩）的沉积后作用（一）压实、压溶作用1.压实作用沉积物在上覆水层和沉积层的重荷(压力)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。压实作用效应/标志①岩石结构构造变化塑性颗粒变形泥岩岩屑被压实成假杂基脆性颗粒破裂、错断长石双晶纹变形，错断石英沿极不完全菱形解理破裂②沉积物体积缩小、流体排出、原始孔隙度降低。石英砂岩原始40％30％～10％排出的流体是其它多数沉积后作用发生的主要介质。3000m颗粒的结构成熟度对压实效应的影响明显。圆度、形状、分选………，好则紧密等大的球状砂粒随机堆积的孔隙度约37％47.6%25.9%2.压溶作用埋深增加，颗粒接触点上因压力增大，发生晶格变形和溶解作用。压实作用和压溶作用是持续进行的。效应：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石英在500～1000m开始出现压溶和次生加大，最大深度一般小于6000m。3.压实作用强度的定量分析接触强度＝1a+2b+3c+4da+b+c+da-点接触；b-线接触；c-凹凸接触；d-缝合接触视压实率＝［（40－粒间体积）／40］×100％视压实率压实强度30%弱30％～50％中50％～70％较强70％强4.差异压实作用内部成分、结构、粒度不均一的薄沉积层，由于对压力的敏感程度不同，在压实过程中层内发生差异流动，形成新的构造，如瘤状构造、扁豆状构造。差异压实作用（二）胶结作用从孔隙溶液中沉淀出矿物质（胶结物），将松散的沉积物固结为岩石。另外，杂基脱水后的粘附，颗粒之间的反应边也都属胶结作用主要发生在成岩作用时期胶结物的生长方式——孔隙充填式靠近底质的小晶体生长快，靠孔隙中心的大晶体生长慢。1、碳酸盐胶结物——代表碱性成岩环境（1）碳酸盐胶结物类型及分布方解石、铁方解石白云石、铁白云石文石、高镁方解石（同生～早成岩期）菱铁矿（少见）、菱镁矿碳酸盐胶结物的产状—粒状、嵌晶状、孔隙衬边状（颗粒包膜）、栉状、次生加大。半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铁白云石斑块状胶结方解石充填构造缝（2）碳酸盐胶结物的形成与浓度、pH值有关不同碳酸盐胶结物形成条件：文石、高镁方解石—在成岩早期向方解石转变；方解石－晶粒大，直接沉淀；白云石－早期：类似潮坪机理；晚期：Mg2+置换方解石菱铁矿－地表：沼泽环境；成岩期：Fe2+对方解石的置换（3）碳酸盐胶结物的来源海水和流动的孔隙水，主要的。钙质生物介壳溶解碳酸盐颗粒、晶粒的溶解深部页岩的半透膜效应：半径小的K+、Na+逸出，Ca2+残留。2.SiO2胶结物（1）SiO2胶结物的类型和特征——酸性孔隙水蛋白石（非晶质）、方英石（纤维状雏晶，衬边胶结）、玉髓（隐晶石英的集合体）、石英（常次生加大）。蛋白石、方英石－－常与火山碎屑有关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（2）SiO2胶结物的形成pH值的影响—需要偏酸性环境温度的影响：随温度上升，非晶质SiO2溶解度远大于石英。石英次生加大的阶段性：雏晶－较大晶面的小晶体－整个石英颗粒呈多面体石英的次生加大（3）SiO2胶结物的来源①地表水和地下水，含量13mg/L～几十mg/L，早成岩期胶结；②硅质生物骨骼的溶解；③石英颗粒的压溶；④粘土矿物（蒙脱石）的成岩转化；⑤硅酸盐矿物（多为长石）的蚀变；⑥火山碎屑的脱玻化和蚀变；⑦海底火山喷发；⑧地层的构造抬升（1）粘土矿物胶结物类型①.高岭石形态：假六边形晶片，集合体呈书页状或蠕虫状产状：充填孔隙、交代其它矿物产出条件：酸性水介质、充足SiO2和Al3+3.粘土矿物胶结物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②.蒙脱石（蒙皂石）形态：起伏不平的毛毡状、棉絮状、蜂窝状产出条件：富Ca2+、Na+，碱性环境：火山物质较丰富变化：成岩早期含量较高，晚期→其它粘土矿物。③.伊利石形态：细而薄的鳞片状、纤维状，丝缕状，最高干涉色可达一级顶部，产状：颗粒包膜（即：孔隙衬边）、孔隙搭桥（集合体）埋深增大→结晶度变好，绢云母产出条件：富K碱性条件、其它粘土矿物转化自生伊利石分布于粒间的片状伊利石，SEM，2000。白垩系泉头组，吉林油田梨参2井4264~4269m。杆沸石与伊利石粒间伊利石粘土桥，高87井3652.9m,SEM，1000。④.伊/蒙混层粘土矿物介于伊利石和蒙脱石之间。I/S中的S层百分比是划分碎屑岩成岩阶段的重要标志伊/蒙混层1：1⑤.绿泥石形态：片状、玫瑰花状、竹叶状、绒球状等。产状：颗粒包膜（即：孔隙衬边）产出条件：有Fe2+和Mg2+存在的碱性条件来源：孔隙水中直接沉淀、其它粘土矿物转变自生绿泥石绿泥石薄膜状胶结长石砂岩长石表面绿泥石绒球状绿泥石充填孔隙，SEM，800。第三系，冀东油田高82井4022.2m。分布于粒表的针叶状绿泥石，SEM，1000。第三系，冀东油田高82井4022.2m。（2）粘土矿物胶结物的产状孔隙衬边（即薄膜状）、孔隙充填、交代假象、裂隙或晶洞充填（3）粘土矿物胶结物的形成与转变略（4）粘土矿物对储层的影响：钾长石的高岭土化后体积将减少53.6%；颗粒包膜、衬边的粘土矿物亦堵塞喉道——储层敏感性；但晶粒较大的高岭石可保留晶间孔隙。4.沸石胶结物火山碎屑、长石与孔隙水相互作用的产物。成分：方沸石、片沸石、浊沸石、斜沸石等,化学成分类似于长石。产状：粒状、板状、纤维、针状、嵌晶状等产出条件：高的pH值，酸性则溶解富含SiO2、Ca、Na、K等离子高矿化度孔隙水和CO2沸石胶结物产状：沸石嵌晶式胶结丝光沸石杆沸石（1）长石胶结物产状自生加大边、小的自形晶体,一般含量很低成分钾长石、钠长石，（自生钙长石未见）形成条件孔隙水中有足够的SiO2、Al2O3足够高的Na+/H+或K+/H+活度比值、较高的温度5.其它自生矿物的胶结作用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（2）硫酸盐胶结物硫酸盐石膏硬石膏、重晶石、天青石产状：嵌晶、晶粒状胶结产出条件：沉积期的蒸发、成岩期的溶解再沉淀、孔隙水间或与矿物的反应。水化脱水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（3）赤铁矿胶结物可以单独存在，也可与粘土混合填隙。形式：水体中直接化学沉淀出Fe的氧化物；含铁矿物在成岩过程中的氧化。（4）黄铁矿胶结物含有机质的强还原条件成岩早期—草莓状；成岩晚期—晶粒状。黄铁矿胶结物黄铁矿自形晶体黄铁矿颗粒衬边（5）海绿石圆形或肾形的小鳞片集合体。海相环境，同生期，偏冷水，铁镁矿物海解的产物三、交代作用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。含两个同时过程：原矿物的溶解+新矿物的生成1.碎屑岩中常见的交代作用（1）二氧化硅和方解石的相互交代作用主要影响因素：自身化学性质、pH、温度、压力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，可促进SiO2的溶解和CaCO3的沉淀。方解石交代石英碳酸盐矿物交代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（2）方解石交代长石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。碳酸盐矿物交代长石铁白云石（3）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（鳞片状白云母）（斜长石）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（4）碳酸盐胶结物之间的相互交代作用早期：方解石、白云石晚期：铁方解石、铁白云石另：方解石、白云石之间的相互交代。白云化作用白云石交代方解石去白云化作用富含硫酸盐的地下水，硫酸盐离子从白云石中吸取镁形成硫酸镁和方解石。碳酸盐矿物的相互交代铁白云石交代白云石铁白云石交代菱铁矿铁白云石交代方解石（5）碳酸盐交代粘土矿物有利介质条件pH≥8较高的Ca2+浓度（6）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3.交代作用的标志(1)不规则边缘被交代矿物边缘不规则(2)残留的矿物包体交代矿物包裹被交代矿物(3)矿物假像交代矿物具有被交代矿物的晶体形态。(4)幻影构造原始颗粒只留下模糊的轮廓，边缘消失。(5)交叉切割现象交代矿物自形晶体切割被交代矿物(6)胶结物之间的包裹关系晚期的胶结物包围早期的胶结物浊沸石交代斜长石矿物假象石英被方解石交代幻影构造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（1）重结晶非晶质变成结晶质、小晶体重新组合成大晶体。（2）矿物的多形转变（一种广义的重结晶）成分基本不变，只发生晶格、形状和大小的变化文石、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）机理孔隙水的物化条件（浓度、pH值、Eh值、成分等）发生改变。溶解作用主要是酸性孔隙水使某些组分溶解所致（4）酸性介质的来源有机酸无机酸大气水碳酸水产生次生孔隙溶解作用的结果次生孔隙：成岩作用中后期，油气储集层的主要储集空间a.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：收缩缝混合成因次生孔隙构造裂缝成岩收缩缝高岭石晶间孔溶蚀粒间孔隙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溶蚀填隙物内孔隙溶蚀裂缝孔隙次生孔隙识别标志二、粘土沉积物（岩）的沉积后作用（一）主要的沉积后作用类型1.压实作用原始孔隙度：70％～90％；500m以内孔隙水大量排出；4000m：孔隙度5％～10％。在封闭系统中，可产生超孔隙压力—欠压实泥岩—刺穿底辟2.粘土矿物的转化作用（1）高岭石——偏酸性水。随埋深加大，酸性条件下将向有序度更高的地开石、珍珠陶土转化。碱性条件下：向伊利石、绿泥石、蒙脱石转化。（2）蒙脱石——碱性水体埋深加大，层间水被释放，层间塌陷，转为伊蒙混层。较高温、K+：向伊利石转化。较高温、Fe2+、Mg2+：向绿泥石转化。（3）混层粘土矿物粘土矿物转化的中间产物，有伊－蒙混层、绿－蒙混层。成岩作用的增强，伊利石层、绿泥石层比例增加，有序度增高。可以指示成岩作用强度。（4）伊利石、绿泥石碱性介质，长石——伊利石；暗色矿物——绿泥石。或由其它粘土矿物转变。蚀变深埋、K+伊利石蒙脱石高岭石Fe2+、Mg2+绿泥石碱性孔隙水酸性孔隙水酸性条件下逆转化高岭石Ca2+、Na+地开石、珍珠陶土随埋深加大，粘土矿物间相互转化作用酸性孔隙水泥岩中粘土矿物在埋藏成岩作用中的变化趋势：地层埋藏越深、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至无。3.粘土矿物的脱水作用孔隙水、吸附水、层间水、结构水。随成岩作用加强，上述水可逐渐脱去。（二）粘土沉积物沉积后作用与油气的关系蒙脱石向伊利石快速转化的脱水常与油气的初次运移有关。三、成岩阶段划分及主要标志中国石油天然气总公司1992年审定碎屑岩成岩阶段划分规范一、划分依据1.自生矿物类型、分布、演变特点碳酸盐矿物、石英、沸石类矿物、粘土矿物等随埋深、温度增加而发生规律性变化。（1）碳酸盐矿物时期早期：多为泥晶、微晶；环带状、孔隙式充填中晚期：晶粒大；交代、孔隙式充填等成分方解石出现较早白云石、铁白云石出现较晚。（2）石英石英次生加大随成岩作用加深而增强（3）沸石类矿物方沸石、钙十字沸石→片沸石→浊沸石→辉沸石（4）粘土矿物随埋深、地温增加而相互转化作用（如上节所述）I/S中S层百分比70→50→20→20产状早期薄膜式、孔隙衬边式晚期孔隙充填式、孔隙搭桥式2.有机质成熟度（1）镜质体反射率（Ro）温度的函数，正相关，不可逆（2）孢粉颜色温度升高，淡黄→黄→枯黄→棕→棕黑→黑色3.古温度4.孔隙类型原生孔隙→次生孔隙（二）成岩阶段的