沉积岩第3章.ppt

第三章沉积期后变化,分化作用等搬运作用沉积作用,第一节概述,广义的沉积岩的成岩作用是指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作用。其所经历的整个地质时期称为沉积后作用期。这个时期又可进一步细分出若干个亚时期或亚阶段。,第一节沉积期后变化的阶段划分和特点一、同生作用（Syndiagenesis系指沉积物沉积下来后，与沉积介质还保持着联系，沉积物表层与底层水之间所发生的一系列作用和反应。,同生作用阶段特点1、作用特征开放系统与底层水发生作用2、介质条件（1）循环好的盆地氧化、中酸性、常温常压（2）循环差的盆地还原、中碱性、常温常压,成岩作用阶段特点1、作用特征封闭系统，无外来物质加入，本层物质重新分配组合，有机质作用为主，在压实、胶结作用为主，沉积物发生石化。,3、有机质（1）喜氧细菌作用为主；（2）厌氧细菌作用为主4、同生矿物（新生矿物）如海绿石、沸石、结核型铁、钙质矿物等5、构造新生矿物沿层理分布，保持原生沉积构造性质,2、介质性质其温度压力不大（T＜300P＜1000巴），生物和细菌作用产生H2S、NH3等使介质呈碱性和还原条件3、有机质以厌氧细菌作用为主4、成岩矿物（新生矿物）如球状黄铁矿、磷铁矿、粒间孔隙中沉淀的方解石等胶结物5、构造新生矿物的分布受层理控制，可穿过层理，但不穿层面。6、形成极有价值的矿床煤、石油、多种金属矿床,三、后生作用（anadiagenesis后生作用是沉积物固结成坚硬的岩石以后至变质作用以前在埋藏较深处所发生的变化。温度、压力、构造为重要影响因素。,后生作用阶段特点1、作用特征开放体系，外来物质加入，主要是上升水的作用，常见交代及重结晶作用。2、介质性质较高温和压，中碱性，弱还原氧化3、有机质细菌作用不明显4、后生矿物因为高温高压作用时间长，所以矿物晶体粗大、晶型完好，如上阶段的球状黄铁矿转变为立方体黄铁矿，新生矿物成分与本层物质不同，常见交代、重结晶和次生加大现象。5、构造新生矿物穿过层理和层面，呈脉状。6、可形成有价值的矿床如水晶矿、萤石矿、交代型金属硫化物矿床。,四、表生作用（epidiagenesis是指沉积岩抬升到近地表，在潜水面以下常温常压或低温低压的条件下，由于渗透水和浅部地下水（包括上升水）的影响下所发生的变化表生作用阶段特点1、作用特征开放体系，大气水、渗透水、上升水等与岩石物质相互作用2、介质性质近常温常压，酸性、氧化弱还原3、有机质细菌作用4、表生矿物如粘土、硅质矿物、氧化矿物、碳酸盐矿物等，常见溶融、交代及重结晶现象。5、构造新生矿物或集合体穿过层理及层面，呈脉状。,第二节沉积期后变化的影响因素（自学）第三节沉积期后阶段的主要作用广义的沉积岩的成岩作用是指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作用。其所经历的整个地质时期称为沉积后作用期。这个时期又可进一步细分出若干个亚时期或亚阶段。狭义的沉积岩成岩作用主要有压实和压溶作用、胶结作用、交代作用、重结晶作用、溶解作用、矿物多形转变作用等。它们都是互相联系和互用影响的，其综合效应影响和控制着沉积物岩的发育历史。其中对碎屑岩储层物性有重要影响的是压实作用、胶结作用和溶解作用。一、压实作用（compaction系指沉积物在上覆水体和沉积物负荷压力下，不断排出水份，体积缩小，孔隙度降低的过程。沉积物尚未固结之前的物理作用）,压实作用的实质是沉积物发生水分排出、孔隙度降低、体积缩小的作用。在沉积物内部可以发生颗粒的滑动、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。压实作用在沉积物埋藏的早期阶段表现得比较明显。石英砂岩的原始孔隙度为40％左右在3000m深处其孔隙度降至30％～10％。在压实过程中，一般的砂岩可排出0.7103L／m3的水。碎屑沉积物在300m深处时，75％以上的水已被排出，所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，Mg，Fe2，Ca2等离子，是后期化学成岩作用的物质基础。,二、压溶作用pressure-solution系指在压力作用下，沉积物或沉积岩内发生的溶解作用称为压溶作用。（物理作用和化学作用）,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压力或来自构造作用的侧向应力超过正常孔隙流体压力时达2～2．5倍，颗粒接触处的溶解度增高，将发生晶格变形和溶解作用。随着颗粒所受应力的不断增加和地质时间的推移，颗粒受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,1．水膜对石英颗粒压溶作用的影响在石英颗粒外围包有一层水膜，其厚度仅几个分子厚。由于石英颗粒表面对水膜的吸引力，使得水膜具有一定的“刚性”，因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Si02水化为H4Si04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。2．粘土膜对砂粒压溶作用的影响,砂粒周围常有粘土薄膜，它可以是绿泥石、蒙脱石、伊利石等，其中以伊利石较为常见。粘土薄膜的存在有助于压溶二氧化硅的扩散作用。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。压溶过程中进入溶液的SiO2扩散到附近流体压力较低且不存在碱性微环境的孔隙内时，SiO2溶解度随之降低，以胶结物形式析出。,除石英外，长石压溶后重新析出新的胶结物的现象也是常见的。朱国华1985曾研究过陕北延长统长。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2CaAl2Si2O82Na12H2O6SiO22NaAISi3O8十CaAl2Si4O1212H2OCa钙长石钠长石浊沸石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，从而引起成岩过程中各种物质的重新分配。,四交代作用（replacement系指在沉积期后演化过程中，沉积物（岩）中某些矿物被化学成分不同的另一种矿物所取代的现象。交代作用是指一种矿物代替另一种矿物的现象。交代作用可以发生于成岩作用的各个阶段乃至表生期。交代矿物可以交代颗粒的边缘，将颗粒溶蚀成锯齿状或鸡冠状的不规则边缘，也可以完全交代碎屑颗粒，从而成为它的“假象”。后来的胶结物还可以交代早成的胶结物。交代彻底时，甚至可以使被交代的矿物影迹消失。交代作用的实质是体系的化学平衡及平衡转移问题。当体系内的物理、化学条件温度、压力、浓度、流体成分、pH值、Eh值等发生改变时，原来稳定的矿物或矿物组合将变得不稳定，发生溶解、迁移或原地转化，形成在新的物理、化学条件下稳定存在的新矿物或矿物组合。,砂岩中方解石交代氧化硅或氧化硅交代方解石的现象都是常见的。有时在同一块标本中，既能见到方解石交代氧化硅，也能见到氧化硅交代方解石。这两种交代作用发生的时间有早有晚，也可以几乎同时发生。氧化硅与方解石之间的相互交代作用除与物质本身的性质有关外，主要受体系内的物理、化学条件的制约。其中主要与pH值和温度有关，其次是压力。图911是方解石、非晶质二氧化硅和石英与pH值之间的关系曲线图。当pH值在9以下，氧化硅的溶解度保持不变，但方解石在pH9.8后，即发生氧化硅的溶解和方解石的沉淀，出现方解石交代石英和石英颗粒被溶蚀的现象。在pH8～9时，二氧化硅和方解石均可沉淀。但是自然界中成岩孔隙水的pH9的情况是极为罕见的。因此，温度成为控制石英和方解石溶解和沉淀的重要因素，其次也受压力的影响。从图911中可以看出，尽管非晶质氧化硅和石英的溶解度差别很大，但都随温度的增高而增加；温度的增高将使孔隙水中的碳酸离解为CO2和H2O或HCO-和H，并促使CO2气体的逸失，二氧化碳分压Pco3降低，引起碳酸钙的溶解度下降和方解石的沉淀。,,五胶结作用cementation和固结作用consolidation胶结作用是指从孔隙溶液中沉淀出矿物质（即胶结物）将松散的沉积物粘结成坚硬岩石的过程。胶结作用是沉积物转变成沉积岩的重要作用，也是使沉积层中孔隙度和渗透率降低的主要原因之一。胶结作用主要发生在成岩作用的各个时期。基本上是化学和生物化学作用通过孔隙溶液沉淀出的胶结物的种类很多，主要的胶结物有氧化硅和碳酸盐两类。其他较常见的胶结物有氧化铁、石膏和硬石膏、重晶石、磷灰石、萤石、沸石、黄铁矿、白铁矿等。此外，自生粘土矿物也是碎屑岩中最常见的一类胶结物,固结作用则是指松散沉积物转变为固结岩石的过程。（它是通过胶结作用、压实作用、压溶作用、甚至重结晶作用、生物的粘结作用等共们完成）六、自生矿物和结核的形成自生矿物指在沉积岩中形成的新生矿物叫自生矿物结核（concretion沉积岩中与围岩在岩石学（颜色、成分、结构、构造）特征上有明显区别的某种自生矿物的集合体称为结核同生结核、成岩结核、后生结核和表生结核,思考题一、同生作用、成岩作用、后生作用、表生作用、压实作用、胶结作用、固结作用、结核二、简述沉积物埋藏后阶段划分的特点,