碎屑岩成岩作用

1碎屑沉积物的沉积后作用（成岩作用）2一、概念沉积后作用（成岩作用）：碎屑沉积物的沉积后作用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以前所发生的一切变化过程及其结果。其所经历的整个地质时期称为沉积后作用期（成岩作用期）。3二、成岩作用的类型：（一）压实和压溶作用（二）胶结作用（三）交代作用（四）重结晶及多型转变作用（五）溶解作用4第一节压实与压溶作用一、压实作用（机械压实作用）1、定义沉积物在上覆(沉积物及水体)的重荷压力下或在构造应力的作用下，发生水分排出、孔隙度降低和体积缩小的过程与结果称压实作用(机械压实作用)。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用5第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用2、压实作用的标志在沉积物内部可以发生碎屑颗粒的滑动、转动、位移、变形、破裂，进而导致颗粒的重新排列和某些结构构造的改变，如假杂基的形成。6第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用脆性颗粒弯曲破碎7第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用颗粒弯曲破碎8第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用9第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用压实作用强度系列10第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用压实作用强度系列11第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用压实作用强度系列123、压实作用产生的结果孔隙度降低，渗透率降低，碎屑颗粒间的接触强度增加，沉积层强度的增加和抗侵蚀能力的增强。排出的水是孔隙流体的主要来源之一。孔隙流体中的Si4+,K+,Na+,Mg2+,Fe2+,Ca2+等离子,是后期化学成岩作用(胶结作用)的物质基础。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用134、影响因素1)原始孔隙度大者易压实，反之亦然。泥质沉积物的原始孔隙度7O～90％压实作用明显；砂岩的原始孔隙度45～55%，其压实作用较弱；2)荷重大、埋藏深度大压实明显。一般孔隙的大小和孔隙度的高低与埋藏深度有正相关关系。3)颗粒的形状、圆度、粗糙度、分选性、杂基含量等对压实作用的效应也有影响。颗粒的圆度越高，分选性越好，原始沉积物填积越紧密，其压实作用较弱。如砾岩的压实效应一般比砂岩弱，砂岩比粉砂岩弱。4)早期胶结作用能有效减弱压实效应。排水不畅也可形成欠压实带。压实作用主要发生在胶结作用之前，即同生期与早成岩早期。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用14二．压溶作用1、概念：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应力超过孔隙水所能承受的静水压时，或者受较强的构造应力作用时，颗粒接触处的溶解度增高而导致的晶格变形和溶解作用称压溶作用。压溶作用是一种复杂的物理-化学成岩作用，亦称化学压实作用。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用152、压溶作用标志：颗粒接触处(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。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用16第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用颗粒凹凸接触和缝合接触17第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用灰岩中多发育缝合线构造18第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用点接触线接触线接触～凹凸接触193、压溶作用产生的结果进一步减小孔隙体积和孔隙度，增加岩石的密度和强度，降低渗透率；压溶作用为硅质胶结物提供了大量氧化硅，是石英、长石等矿物次生加大生长并造成颗粒之间相互穿插接触的主要因素。此外，在压溶过程中，随着矿物的溶解，尚有Al3+，Na+，K+，Ca2+等元素进入孔隙水，从而引起岩石中各种物质的重新分配。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用204、影响因素1)温度和压力是发生压溶作用的首要因素：足够高的温度和相当大的应力方可发生压溶作用。资料表明，在正常地温梯度条件下，石英大约在500～1000m深处发生压溶和次生加大生长现象；据此推测，压溶作用应是深埋藏成岩作用的特征,即主要发生在机械压实作用之后，其强度随埋深的增加而增加。一般认为，在正常的地温梯度情况下，压溶作用的最大深度值为6000m。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用212)碎屑颗粒表面有水膜存在时有利于压溶作用的进行如在碎屑(石英)颗粒外围有一层水膜存在，即使其厚度仅几个分子厚，由于石英颗粒表面对水膜的吸引力，使得水膜具有足够的“刚性”，而不会被压实作用所破坏。石英颗粒接触处为应力集中点，在水的参与下，颗粒接触处发生溶解，溶解的SiO2水化为H4SiO4(硅烷醇、原硅酸)分子，并以水膜为通道向周围孔隙运移。由于周围孔隙的流体压力小于压溶部位的压力，SiO2又可以硅质胶结物或石英次生加大边的形式沉淀出来。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用223)粘土膜的存在有利于压溶作用的进行砂粒周围常有粘土薄膜，其成分可以是绿泥石、蒙脱石、伊利石等，其中以伊利石较为常见。粘土薄膜是由许多水化粘土小晶片聚集而成的。如果一个粘土小晶片与其水化膜膜厚为20×10-10m，那么两个石英颗粒之间厚为10μm的粘土膜将含有5000个水化小晶片。因此粘土膜极大地扩大了压溶物质的扩散与渗滤通道，使压溶部位的压溶物质能很快通过水膜被带走，压溶作用能快速地进行下去。另外，伊利石膜在压力和富含CO2孔隙水的作用下，能游离出K2CO3，从而构成局部碱性微环境，使得氧化硅的溶解度增加。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用23第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用24第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用254)刚性的碎屑颗粒有利于压溶作用的进行。因此除石英碎屑外，长石经压溶作用后重新析出新的胶结物的现象也是常见的。朱国华（198）曾研究过陕北延长统长6砂岩的浊沸石胶结物，他认为浊沸石是斜长石被压溶的组分与孔隙水反应并沉淀于孔隙内的产物，反应过程中还能沉淀出钠长石。其反应式为：第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶作用26第二节胶结作用1、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起来的作用。胶结作用是沉积物转变成沉积岩的重要作用，也是使沉积岩中孔隙度和渗透率降低的主要原因之一。一、概述第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用272、发生时间胶结作用主要发生在早成岩和晚成岩作用阶段的各个时期。不同时期的胶结物结构特征各异，因此胶结物常有“世代”。在同生成岩阶段和表生成岩作用阶段也可以不同程度的胶结作用发生。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用28第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用胶结“世代”图示293、胶结物的种类最常见的有氧化硅、碳酸盐和粘土矿物。较常见的胶结物有石膏和硬石膏、氧化铁、重晶石、磷灰石、萤石、沸石、黄铁矿、白铁矿等。其它类型的胶结物也有产出但很少见。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用胶结物类型常与砂岩颗粒成分及孔隙溶液性质有关。如石英砂岩大部分是氧化硅和碳酸盐胶结，而一些岩屑砂岩、杂砂岩和火山碎屑质砂岩的胶结物主要是蚀变了的杂基和化学沉淀物的混合物，其成分有粘土矿物、沸石矿物和其他硅酸盐矿物。304、胶结作用的结果与标志胶结作用能使松散沉积物变为固结的岩石；碎屑颗粒间孔隙被充填而进一步缩小、渗透率进一步降低；颗粒接触强度和岩石强度增加。具有特殊结构和一定数量胶结物的形成是最主要的标志。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用31二、常见胶结作用简介1．粘土矿物胶结作用粘土矿物是砂岩中一种较重要的填隙物，常见的自生粘土矿物胶结物有高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石。（1）高岭石：在薄片中一般呈假六边形晶片，集合体呈书页状或蠕虫状，以孔隙充填或交代其他矿物或以其他自生矿物的包体产出。是在富含SiO2和Al3+的循环孔隙水中析出，也可由其他粘土矿物转变而来，亦可是砂岩内部火山玻璃及长石蚀变的产物。在一些分选较好和粒度较粗的长石石英砂岩、长石砂岩中常见。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用32高岭石胶结物白云石胶结物第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用33粗大、自形、蠕虫状高岭石。KL201井,3668.10m,K1b,×250(－)第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用34第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用蠕虫状高岭石35第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用书页状高岭石36(2)伊利石：伊利石常呈不规则的细小晶片及颗粒包膜形式产出，其结晶程度随埋藏深度的增加而变好，最后转化成绢云母。伊利石可以是在成岩过程中由其他粘土矿物转变而来的。(3）绿泥石:多呈颗粒包膜或孔隙衬边形式产出。自生绿泥石分布于各种砂岩中，可从孔隙水中直接沉淀外，也可由其他粘土矿物转变而来。随着理深增加、温度升高，PH值增加，早期形成的高岭石、蒙脱石-伊利石混层粘土变得不稳定，在有Fe2+和Mg2+存在的还原条件下转变成绿泥石和黑云母组合。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用37第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用丝状伊利石38第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用丝状伊利石39第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用花瓣状绿泥石40第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用花瓣状绿泥石41第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用花瓣状绿泥石42（4）蒙脱石:自生蒙脱石多呈极细小的鳞片或絮状，显微镜下难辨认，电镜下为砂粒表面的皱纹状及蜂窝状薄膜。在一些含火山物质较丰富的砂岩中，在其成岩作用的早期，含量较丰富；随着成岩作用的加强，将转变为其他种类的粘土矿物。（5）伊蒙混层粘土矿物伊蒙混层粘土是自生粘土矿物中最常见的一类粘土矿物，多为颗粒包膜。伊蒙混层粘土矿物形态介于伊利石和蒙脱石之间，如混层晶格中富含伊利石层，其形态近似于伊利石，呈不规则晶片状；如富含蒙脱石层，则呈类似于蒙脱石的皱纹状。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用43第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用花瓣状蒙脱石44第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用花瓣状蒙脱石45第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用花瓣状蒙脱石46第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用伊－蒙混层47细粒岩屑砂岩,原生粒间孔,颗粒粘土包膜发育.KL201井,3783.21m,K1bs2,铸体片,×50(－)第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用48综上所述：常见粘土胶结矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石、混层粘土矿物等，其类型可反映孔隙溶液的性质；胶结物结构：自生粘土胶结物中以高岭石结晶较好、粒度较粗、多以孔隙充填形式产出；伊利石、蒙胶石、绿泥石和混层粘土晶体均极细小，多以颗粒包膜和孔隙衬边的形式产出；既可从孔隙溶液结晶形成，也可以由矿物转化、火山玻璃及长石蚀变形成；粘土胶结物在碎屑岩中起胶结作用的同时，也缩小碎屑岩的孔隙空间，同时降低碎屑岩的渗透率，其对渗透率的破坏作用远比孔隙度降低的影响要大，尤其是以颗粒包膜和孔隙衬边形式产出粘土矿物，易于堵塞砂岩的孔隙喉道，对砂岩渗透率的破坏更为显著。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用492．氧化硅胶结作用(1)氧化硅胶结物：蛋白玉、玉髓和石英。石英分布最广泛。(2)结构特征：蛋白石为非晶质多充填孔隙产出；玉髓实质上是隐晶石英，呈纤维状、球粒状、半球粒状或极细小的微晶状，多充填孔隙产出；石英可以呈微、细粒状充填于孔隙中，但更常见的是以碎屑石英自生加大边的形式出现。(3)分布：一般来讲，非晶质蛋白石胶结物出现在第三纪以后较年轻的、埋藏深度较浅的碎屑岩中，在第三纪前古老的砂岩中很难见到。而结晶质的玉髓和石英却在地质时代较老、埋深较大的碎屑岩中存在；在井深较大的岩心中，一般只能见到石英胶结物，并呈次生加大胶结。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用50第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用中粒石英砂岩，硅质胶结，二次石英加大及残余粒间孔.51硅质胶结物石英次生加大方解石胶结物硅质胶结物石英次生加大第九章碎屑沉