沉積巖石學第九章第1頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章，碎屑沉積物的沉積后作用Chapter2.3，Diagensis思考題：《沉積巖實驗指導書》

P80第98~106題第2頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月碎屑沉積物的沉積后作用是指碎屑沉積物沉積后轉(zhuǎn)變?yōu)槌练e巖直至變質(zhì)作用以前或因構造運動重新抬升到地表遭受風化以前所發(fā)生的一切作用。其所經(jīng)歷的整個地質(zhì)時期稱沉積后作用期；它又可進一步細分出若干個亞時期或亞階段。第3頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月母巖沉積物形成階段成巖作用階段沉積巖風化作用變質(zhì)作用沉積巖的形成與演化后生作用階段沉積后作用成巖作用后生作用第4頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月沉積后作用時期，碎屑沉積物（巖）所處的物理化學環(huán)境中諸因素（如溫度、壓力、細菌、有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化、孔隙水介質(zhì)的pH值和Eh值、孔隙水的運動等）都將不斷地和漸進地發(fā)生變化。碎屑沉積物的沉積后作用在其形成演化旋回中占有特別重要的位置，它可以不斷地改變其內(nèi)部的成分和組構，甚至可以面目全非。第5頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月碎屑沉積物的成巖作用極大地影響到巖石的孔隙度和滲透率，對碎屑巖油氣藏的形成和開發(fā)有密切的關系。近二十年來國內(nèi)外油氣勘探實踐證明，一些大油氣田儲集層物性較好的原因之一就是沉積期后發(fā)育了次生孔隙。第6頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月碎屑沉積物的沉積后作用主要有：壓實和壓溶作用、膠結作用、交代作用、重結晶作用、溶解作用、礦物多形轉(zhuǎn)變作用第7頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)壓實和壓溶作用

compactionandpressuredissolution

第8頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月一、壓實作用（compaction）壓實作用系指沉積物沉積后在其上覆水層或沉積層的重荷下，或在構造形變應力的作用下，發(fā)生水分排出、孔隙度降低、體積縮小的作用。在沉積物內(nèi)部可以發(fā)生顆粒的滑動、轉(zhuǎn)動、位移、變形、破裂，進而導致顆粒的重新排列和某些結構構造的改變。第9頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月壓實作用最明顯的變化是沉積物體積縮小和發(fā)生排水、脫水作用。如，石英砂巖的原始孔隙度為40%左右，在3000m深處其孔隙度降至30～10%。碎屑沉積物在300m深處時，75%以上的水已被排出。所排出的水是孔隙流體的主要來源之一。碎屑沉積物的沉積后作用后絕大部分變化都是在流體中發(fā)生的。第10頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月顆粒的形狀、圓度、粗糙度、分選性等對壓實作用的效應都有影響。顆粒的圓度越高，分選性越好，原始沉積物填積越緊密。等大球形堆積的砂級顆粒隨機堆積的孔隙度為37%，而圓度和分選較差的砂級顆粒填積的孔隙度可高達50%左右。天然砂中常有各種形態(tài)的顆粒，雜基含量亦不同，原始孔隙度可以變化較大，它們的機械壓實效應也可出現(xiàn)較大的差別。第11頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月砂巖填積組構的均一性除決定于搬運介質(zhì)的性質(zhì)外，也決定于顆粒的形態(tài)和分選性。沉積物填積組構隨方向不同而有不同的性質(zhì)，主要是孔隙性和滲透性，稱為“異向性”。一般情況下，隨著顆粒的圓度變差，扁度增加，沉積物填積組構的異向性也增加。大多數(shù)天然砂沉積物都表現(xiàn)出不同程度的異向性，以條板狀顆粒為主的填積組構具有三向異向性；片狀礦物為主的填積組構則表現(xiàn)為垂向和橫向的兩向異向性。第12頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月隨方向不同，沉積層的孔隙度、滲透率及強度也不同。如，在取自澳大利亞某地的土壤樣品中，垂直地面的Ф=0.550；而平行于地面S—N方向樣品的Ф=0.565；平行于地面E—W方向樣品的Ф=0.585。在海灘巖中，垂直海灘表面方向樣品的強度切變模量為5.54×102kg/cm2；平行于海岸線的4.10×102kg/cm2；與海岸相交30o的水平方向為3.93×102kg/cm2；與海岸成60o相交的水平方向為3.84×102kg/cm2。第13頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)點的粗糙度對沉積物的最終壓實程度不起重要作用，但對壓實作用的進程有一定的影響。如，粗糙顆粒具有較大的摩擦力，會影響到壓實作用的進展。粗糙顆粒的表面相互連結也比圓滑顆粒的連接力強，將影響到被壓實物質(zhì)的強度。第14頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月礫巖的壓實效應較砂巖弱。礫巖的比體積較砂巖大，除某些碎屑流類型的礫巖由雜基支撐外，大多數(shù)礫巖中的礫石是顆粒支撐。在壓實作用過程中相應地發(fā)生一定程度的轉(zhuǎn)動，以至扭曲變形或破裂。第15頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月二、壓溶作用（pressuredissolution）壓溶作用是物理一化學成巖作用。此時，砂質(zhì)沉積物進入了化學壓實或壓溶作用的階段。沉積物隨埋藏深度的增加，碎屑顆粒接觸點上所承受的來自上覆層的壓力或來自構造作用的側(cè)向應力超過正?？紫读黧w壓力時（達2～2.5倍），顆粒接觸處的溶解度增高，將發(fā)生晶格變形和溶解作用。第16頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月隨著顆粒所受應力的不斷增加和地質(zhì)時間的推移，顆粒受壓溶處的形態(tài)將由點接觸演化到線接觸、凹凸接觸和縫合狀接觸。從切線接觸至縫合接觸，代表孔隙度逐漸降低和埋藏深度逐漸增加的過程。第17頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月石英大約在500～1000m深處發(fā)生壓溶和次生加大生長現(xiàn)象。據(jù)此推測，壓溶作用是500～1000m以下深埋藏成巖作用的特征，其強度隨埋深的增加而增加。一般認為，壓溶作用的最大深度值為6000m，在此以下則屬變質(zhì)作用范圍了。第18頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月在石英顆粒表面存在的水膜，尤其是在顆粒之間存在的粘膜，能促進石英顆粒接觸處優(yōu)先溶解和溶解物質(zhì)的擴散。第19頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月不過石英顆粒的縫合狀接觸不一定都是由壓溶作用造成的，它也可以是相鄰的石英顆粒次生加大、膠結物相對干擾造成的結果。第20頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月三、差異壓實作用（Differentialcompaction）自然界中常有一些內(nèi)部組構不均一的沉積層或粒度不一致的薄沉積層，由于原始組分對壓力的敏感程度不同，在壓實過程中發(fā)生差異流動，使原始沉積構造遭到破壞，并形成一些新的構造特征，常見的如瘤狀構造、扁豆狀構造。第21頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié) 膠結作用

Cementation一、概述

膠結作用是指從孔隙溶液中沉淀出礦物質(zhì)（膠結物），將松散的沉積物固結起來的作用。第22頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月膠結作用是沉積物轉(zhuǎn)變成沉積巖的重要作用，也是使沉積層中孔隙度和滲透率降低的主要原因之一。膠結作用主要發(fā)生在成巖作用時期，尤其是成巖作用晚期，也可發(fā)生于表生期。后來的膠結物還可以取代早生的膠結物，也可以發(fā)生膠結物的溶解即去膠結作用，形成次生孔隙。第23頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月膠結物的生長方式多種多樣。它可以在同成分的底質(zhì)上形成次生加大，如氧化硅在碎屑石英顆粒上形成次生加大；此外如長石、方解石、白云石、鋯石、電氣石、石榴子石等都可以產(chǎn)生次生加大現(xiàn)象。膠結物也可以在不同的底質(zhì)上沉淀，如碎屑顆粒邊緣的粘土襯邊膠結、碳酸鹽晶粒的粒間膠結以及石膏、沸石類礦物的粒間膠結等。第24頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月膠結物結晶的大小與晶體生長速度以及底質(zhì)的性質(zhì)有關。一般來說，小晶體生長速度快，大晶體生長速度慢?？紫赌z結物的結構特征是緊靠底質(zhì)處的晶體小而數(shù)量多，具有長軸垂直底質(zhì)表面的優(yōu)選方位：遠離底質(zhì)向孔隙中心，晶體大，數(shù)量少。第25頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月如果有兩種以上的膠結物，靠近底質(zhì)的形成早，在孔隙中心的形成晚，依次可形成若干個世代的膠結物。第26頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月達普拉斯（Dapples,1979）將化學沉淀膠結物的膠結形式區(qū)分為協(xié)合膠結和不協(xié)合膠結兩種類型，大致相當于自生加大膠結和隙間晶粒膠結。膠結形式協(xié)合膠結不協(xié)合膠結粘聚邊界非粘聚邊界第27頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月通過孔隙溶液沉淀出的膠結物的種類很多，但就數(shù)量而言，主要的膠結物有氧化硅和碳酸鹽兩類。其它較常見的膠結物有氧化鐵、石膏和硬石膏、重晶石、磷灰石、螢石、沸石、黃鐵礦、白鐵礦等。此外，粘土礦物也是碎屑巖中最常見的一類膠結物，但情況較復雜。第28頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月二、分述

碎屑巖中的粘土礦物大部分是以陸源碎屑物的形式隨碎屑顆粒一道搬運并沉積的。1、粘土礦物膠結物

一部分是在搬運介質(zhì)中或者在沉積環(huán)境中由膠體溶液的凝聚作用與碎屑物同時沉積下來。在成巖過程中由于孔隙水的運動，在局部孔隙中，還充填著一些滲流泥。第29頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月這些粘土礦物并非真正的膠結物，但它們在砂巖的石化作用中卻占有重要的地位，能將碎屑顆粒緊密地粘結在一起，因此這是一類特殊的“膠結物”。實際上應屬于雜基的范疇。另外有一部分粘土礦物，它們是在成巖過程中由層內(nèi)的火山物質(zhì)或鋁硅酸鹽礦物等，在孔隙水的作用下，在原地轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N粘土礦物，或者由孔隙水帶到附近孔隙內(nèi)析出成新的自生粘土礦物。這部分粘土礦物是真正的膠結物。但數(shù)量上遠比前者要少。第30頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月在薄片中，鱗片細而薄，最高干涉色可達一級頂部，因此較高嶺石和綠泥石更易發(fā)現(xiàn)，呈不規(guī)則的小晶片產(chǎn)出，其集合體通常呈顆粒包膜或孔隙襯邊形式出現(xiàn)，有時呈網(wǎng)狀分布于孔隙中。②伊利石

第31頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月在自生粘土礦物中，綠泥石的形態(tài)最多，有板狀、薔薇花狀、卷心菜狀等，在砂巖中多呈顆粒包膜或孔隙襯邊形式產(chǎn)出。③綠泥石

第32頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月通常呈極細的鱗片狀集合體或呈絮狀，顯微鏡下幾乎無法識別。④蒙脫石

在掃描電鏡下成砂粒表面的皺紋狀薄膜和蜂窩狀的薄膜。晶片多呈彎曲狀且不易分辨出單個晶片。第33頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月形態(tài)介于伊利石和蒙脫石之間。如混層晶格中富伊利石層，其形態(tài)近似于伊利石，呈不規(guī)則晶片狀。⑤伊蒙混層粘土礦物

如富含蒙脫石層，則呈類似于蒙脫石的皺紋狀。第34頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）氧化硅膠結物的類型2、氧化硅膠結物

氧化硅膠結物非晶質(zhì)：蛋白石晶質(zhì)：方英石、玉髓、石英第35頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

蛋白石膠結物主要出現(xiàn)在距地表較近的火山碎屑巖中，充填或部分地充填碎屑，也可以交代第三紀以后的砂巖中的方解石介殼。

方英石在火山巖屑砂巖中，組成碎屑顆粒的纖維環(huán)邊；在蛋白石膠結物和蛋白石質(zhì)顆粒中呈現(xiàn)半纖維狀雛晶出現(xiàn)。玉髓實質(zhì)上是隱晶石英，呈纖維狀、球粒狀或半球狀或微晶。第36頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

石英是碎屑巖中最常見的硅質(zhì)膠結物，它可以呈微、細粒狀充填于孔隙中，但更常見的是以碎屑石英自生加大邊膠結物出現(xiàn)。根據(jù)熱力學原理，微、細粒石英比面積較單晶石英大，總自由能亦大于單晶石英，因而SiO2沉淀成石英的自生加大邊較這在孔隙中重新成核生長更有利也更穩(wěn)定。第37頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月一般來講，非晶質(zhì)蛋白石膠結物埋藏深度較淺的碎屑巖中，在古近紀前古老的砂巖中很難見到。而結晶質(zhì)的玉髓和石英卻在地質(zhì)時代較老、埋深較大的碎屑巖中存在。在井深較大的巖心中，一般只能見到石英，連玉髓亦很難見到。第38頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）氧化硅膠結物的來源①來源于地表水和地下水②來源于硅質(zhì)生物骨殼的溶解③來源于碎屑石英壓溶作用④來源于粘土礦物的成巖轉(zhuǎn)化⑤來源于硅酸鹽礦物的不一致溶解⑥來源于火山玻璃去?；臀g變⑦來源于海底火山噴發(fā)第39頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）碳酸鹽膠結物的類型3、碳酸鹽膠結物

碳酸鹽膠結物包括方解石、文石、白云石、菱鐵礦、菱鎂礦等。其中分布最廣和最常見的是方解石。第40頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月碳酸鹽膠結物可以呈晶粒狀、斑塊狀、襯邊狀產(chǎn)出，呈不協(xié)合膠結物；也可呈自生加大環(huán)邊出現(xiàn)，呈協(xié)合膠結物；亦可作為砂屑顆粒的次生孔隙充填物或呈結核狀、薄紋層狀產(chǎn)出。碎屑巖的顆?；驇r石的微裂縫為碳酸鹽礦物特別是方解石充填膠結的現(xiàn)象也是常見的。第41頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）碳酸鹽膠結物的來源①

海水和流動的孔隙水能持續(xù)地帶入溶解的碳酸鹽，為碳酸鹽膠結物的主要來源②孔隙水溶解碎屑沉積物中的介殼和碳酸鹽顆粒，溶解的物質(zhì)又作為成巖期的膠結物沉淀下來③砂巖中碳酸鹽顆粒的壓溶，也可以為砂巖層上下碳酸鹽巖地層的壓溶提供大量的碳酸鹽膠結物第42頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月自生長石是碎屑巖和石灰?guī)r中常見的一種自生礦物。4、長石膠結物

在碎屑巖中，它可以呈碎屑長石的自生加大邊，也可以在基質(zhì)中呈小的自形晶體產(chǎn)出。第43頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月碎屑巖中常見的沸石類膠結物有方沸石、片沸石、濁沸石及斜沸石等。呈晶粒狀、板狀、纖維狀、針狀及束狀產(chǎn)出。5、沸石膠結物

第44頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月碎屑巖中常見的硫酸鹽膠結物是石膏和硬石膏，此外還有重晶石和天青石。6、硫酸鹽膠結物

石膏和硬石膏常呈連晶狀充填于孔隙中，也可交代其它礦物產(chǎn)出，可形成于沉積期及成巖作用的各個階段。形成于沉積期和早成巖期的往往與強蒸發(fā)作用有關，晚成巖期往往與早期石膏的溶解和再沉淀作用有關。地層水與學積物相互反應或不同地層水的混合也可析也石膏與硬石膏。第45頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié) 交代作用

Replacement

交代作用是指一種礦物代替另一種礦物的現(xiàn)象。交代作用可以發(fā)生于成巖作用的各個階段乃至表生期。

交代礦物可以交代顆粒的邊緣，將顆粒溶蝕成鋸齒狀或雞冠狀有不規(guī)則邊緣，也可以完全交代碎屑顆粒，從而成為它的假像。后來的膠結物還可以交代早成的膠結物。第46頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月交代作用的實質(zhì)是體系的化學平衡及平衡轉(zhuǎn)移問題。當體系內(nèi)的物理、化學條件（溫度、壓力、濃度、流體成分、pH值、Eh值等）發(fā)生改變時，原來穩(wěn)定的礦物或礦物組合將變得不穩(wěn)定，發(fā)生溶解、遷移或原地轉(zhuǎn)化，形成在新的物理化學條件下穩(wěn)定存在的新礦物或礦物組合。第47頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月交代作用是在靠近固體顆粒表面的溶液膜中進行的。膜的厚度一般在0.1mm以下，所以表面張力足以使它穩(wěn)定存在。被溶解的物質(zhì)通過溶液膜內(nèi)的搬運作用被帶出，而交代的物質(zhì)從附近的孔隙水中通過溶液膜進入并替代被溶解物質(zhì)而沉淀。第48頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月一、碎屑巖中常見的交代作用

砂巖中方解石交代氧化硅或氧化硅交代方解石的現(xiàn)象都是常見的。1、氧化硅與方解石的相互交代作用

第49頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月石英砂巖中石英邊緣被方解石連晶交代，石英的邊緣成港灣狀或雞毛冠狀第50頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月方解石或其它碳酸鹽礦物交代鉀長石也是常見的現(xiàn)象。2、方解石對長石的交代作用

方解石常呈不規(guī)則的形狀交代長石邊緣或晶內(nèi)，亦常見到方解石沿長石解理或雙晶方向進行交代，因為這些方向是長石晶體構造上的弱帶。第51頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月在含粘土雜基的砂巖中，特別是在亞（次）雜砂巖中，粘土礦物常被碳酸鹽礦物交代。3、方解石交代粘土礦物

碳酸鹽礦物常是方解石，也可以是白云石和菱鐵礦。在顯微鏡下，常可以看到碳酸鹽礦物，特別是方解石晶體內(nèi)有粘土殘留包體的現(xiàn)象，這表明交代作用不夠徹底。第52頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月由于長石類礦物的不穩(wěn)定性，長石被粘土礦物交代的現(xiàn)象（通常稱之為高嶺石化）并不全是在成巖過程中發(fā)生的。4、粘土礦物與長石的交代作用

部分長石在風化和搬運過程中即可發(fā)生水解作用和高嶺石化作用。 保留下來的斜長石，有可能在埋深不太大、CO2分壓較高和PH值較低（約等于5）的酸性環(huán)境中被粘土礦物交代，即發(fā)生高嶺石化。第53頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月自然界中的粘土礦物或者構成泥質(zhì)巖，或者作為碎屑巖的雜基出現(xiàn)，通常都是一種混合型粘土，單成分粘土是少見的。5、各種粘土礦物之間的交代作用

隨著成巖作用的進展，粘土礦物之間會出現(xiàn)有規(guī)律的變化。 研究粘土礦物，特別是填隙粘土雜基的成分和結晶度，就可以反推成巖過程中巖石所經(jīng)歷的最大埋深和最高溫度。第54頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

隨著埋深的增加，在K+/H+＞6（近正常海水），Log[H4SiO4]＜10-4的偏堿環(huán)境，當溫度為100～130℃時，蒙脫石可以轉(zhuǎn)化為伊利石。

蒙脫石+Al3++K+→伊利石+Si4++nH2O 當環(huán)境富Fe2+和Mg2+時，蒙脫石在同樣溫度下不是轉(zhuǎn)變成伊利石，而是被綠泥石所交代。 該反應一般在3000m以下發(fā)生，Al3+和K+可由長石分解時提供。第55頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

高嶺石的轉(zhuǎn)化情況也很類似。在酸性孔隙水中高嶺石是穩(wěn)定相，但當埋深增加，溫度達165～210℃時，如果環(huán)境變得偏堿性并富Mg2+，則生成綠泥石。 在相同條件下，如果孔隙水富含K+，則生成伊利石。高嶺石向綠泥石和伊利石的轉(zhuǎn)化一般發(fā)生在3500～4000m深處。 伊利石和綠泥石在酸性孔隙水中可轉(zhuǎn)化成高嶺石。第56頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月 方解石（包括鐵方解石）、白云石（包括鐵白云石）和菱鐵礦均屬三方晶系，為類質(zhì)同像體。6、方解石、白云石和菱鐵礦的相互交代作用

一般化學式為R″[CO3]，R″代表Ca、Fe、Mg，其次是Mn和Zn。 因而在不同埋深，R″離子濃度改變的情況下可以互相置換、轉(zhuǎn)化。第57頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月二、交代作用的標志

根據(jù)礦物的交代關系可以確定礦物的生成順序。 交代作用大都有明顯的標志（除混層粘土的轉(zhuǎn)化、石膏和硬石膏的轉(zhuǎn)化以及徹底的去白云石化等外）。第58頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月 交代礦物具有被交代礦物的假象，礦物的原生成分雖已被交代，但其結晶習性得到完好的保存。1、礦物假象

第59頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月 巖石受到強烈的交代作用，原生顆粒只留下模糊的輪廓叫幻影。2、幻影構造 如硅化鮞粒、強白云化巖石中的生物骨殼等。其內(nèi)部結構結構甚至其邊緣已消失，但因其內(nèi)部有包裹體存在，故顯示出顆粒幻影。第60頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月 礦物或顆粒被自形晶體或鑲嵌結構的晶體切割或溶（侵）蝕。3、交叉切割現(xiàn)象 殘留包體表示外面礦物是交代礦物，被包礦物是被交代礦物。4、殘留的礦物包體第61頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié) 重結晶作用和礦物的多