第三章沉积后作用及其阶段的划分

第三章沉积后作用及其阶段的划分一、概述二、沉积后作用阶段的划分三、各阶段的基本特征一、概述

沉积后作用（成岩作用）：沉积物形成后到变质作用或风化作用之前这一时间段所发生的作用。

沉积物在最终沉积(并被逐渐埋藏)之后直至遭受变质或重新抬升遭受风化剥蚀之前的漫长时间内，因环境条件的改变，沉积物的成分、结构、构造和颜色等均将所发生一系列的变化，这些变化的过程与其产物即称为“沉积后作用”，这一过程最突出的变化是将松散的沉积物变成固结的坚硬的岩石，因此有许多文献称其为“成岩作用”。特点：

沉积后作用的时间一般极其漫长；

由于最终被埋藏后脱离了地表环境，温度、压力、pH、Eh、CO2

、O2、生物等均有不同程度的但却十分明显地变化；变化是全面的系统的复杂的，既有物理的也有化学的，既受物理也受化学规律支配控制；

对沉积岩的性质起极重要的控制作用，对储层的孔隙度、渗透率起决定性的作用；成岩的过程也是岩层中各种物质的迁移、富集或重新分配重新组成的过程，也即是油气成矿的过程。

研究内容极丰富多样，成岩变化原因极其复杂。成岩阶段划分方案众多。1、根据粘土矿物（塞根札柯（Segonzac，197O）将沉积后阶段分为以下四个阶段：①早成岩；所有粘土矿物都是稳定的，蒙脱石可以生成；②中成岩：所有粘土矿物尚稳定，见高岭石的迪开石化及蒙脱石的伊利石化③晚成岩；温度大于100℃，蒙脱石和不规则混层粘土矿物消失；④近变质：温度约200℃，以伊利石和绿泥石为主。沉积后作用阶段的各家划分方案介绍2、根据煤岩学（瓦索耶维奇等（1963，1968）的划分方案）1）成岩作用（泥炭阶段）2）后生作用。包括以下三个时期：①早后生（褐煤阶段）；②中后生（煤化阶段）；③晚后生（成煤阶段）。3)近变质作用3、根据地球化学环境（费尔布里奇（Fairbridge，1967）分类）

l）同生成岩：埋深0～1000m，与沉积环境关系密切，常导致早期石化作用和自生成矿作用；2）深理成岩：理深为1000一10000m，发生的变化多种多样，是在封存水和其他流体特别是卤水和石油）向上和侧向运移的情况下发生的，温度可达100一200℃；3）表生成岩：大气水的影响显著，发生的变化有氧化作用。风化作用等。

4、根据埋深（吕正谋、周自立（1985）划分为四个带）

l）浅成岩带：深度小于1700m，成岩作用以机械压实作用为主。2）中成岩带：埋深1700一21OOm：，砂岩为中固结状态，以原生孔隙为主，是各类油田中最好的一类砂岩储集层。3）深成岩带：埋深2100～320Om，阶状石榴石和石英强增生是该带的特征标志，有机质已大量向石油转化，储集层物性较好，储集空间中原生和次生孔隙均有。4）超深成岩带：理深大于320O一3800m，储集层物性差，储集空间主要是次生孔隙。渤海湾第三系深层碎屑岩中有2～3个次生孔隙发育带。

二、沉积后作用阶段（成岩阶段）的划分

本书把成岩作用阶段划分为：1、同生成岩阶段；2、成岩作用阶段（早期或者浅埋藏阶段）；3、后生成岩作用阶段（晚期埋深或者深埋阶段）；4、表生成岩作用阶段有关术语的定义

1.同生作用(syngenesis)：指沉积物刚刚形成以后而尚与上覆水体相接触时的变化。如‘海解作用’、‘海底风化作用’及‘陆解作用’等。2.成岩作用(diagenesis)：指上覆沉积物不断增加使早期沉积物逐渐被掩埋，直至基本上与上覆水体脱离，使沉积物在新的物理化学条件下，产生新的平衡，致使疏松的沉积物固结成岩的全部变化过程。

3.后生作用(anadiagenesis/catagenesis)：继成岩作用阶段之后，在沉积岩转变为变质岩之前或遭受风化作用之前所产生的一切作用和变化。4.表生作用(epigenesis)：指沉积物抬升到近地表，在潜水面以下常温常压或低温低压条件下，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。

早成岩阶段晚成岩阶段早成岩晚成岩碎屑岩成岩作用阶段划分表三、石油系统成岩阶段划分第三节沉积期后的影响因素沉积物脱离沉积环境进入沉积期后变化阶段，实质上是沉积物在新的条件下，重新建立起新的平衡的过程。影响这一平衡过程的因素主要有：沉积物的成分、温度、压力、以及层间水溶液的性质(溶度积、自由度、PH值、Eh值、浓度、溶解气体的状况等)。第四节沉积期后阶段的主要作用

1.压实作用(compaction)

系指沉积物在上覆水体和沉积物负荷压力下，不断排出水分，体积缩小，孔隙度降低的过程。

2.压溶作用(pressure-solution)

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。

如缝合线构造，石英砂岩中某些石英次生加大边等也属于压溶作用的产物

3.胶结作用(cementation)和固结作用(consolidation)

胶结作用：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，基本上是化学和生物化学作用，是沉积物转变为沉积岩的最主要的一种作用。

固结作用：泛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同完成。常见的胶结物为方解石及石英，其它还有白云石、菱铁矿、赤铁矿、针铁矿、玉髓、蛋白石、自生长石、沸石、硬石膏、重晶石、天青石、盐类矿物及粘土矿物。4.重结晶作用(recrystallization)和矿物的多相转变作用(neomorphismofmineral)

重结晶作用：指矿物组分以溶解－再沉淀或固体扩散等方式，使得细小晶粒集结成粗大晶粒得过程。

矿物的多相转变：当一种矿物相变为另一种更稳定得矿物相时，只发生晶格的形状及大小的变化，而无化学成分的变化。5.交代作用(replament)

交代作用是指在沉积期后演化过程中，沉积物中某种矿物被化学成分不同的另一种矿物所取代的现象6.自生矿物的形成（1）海绿石:形成于低温海相环境，海水温度15～25℃，水深10～30m到600m为宜，pH为7～8，Eh0～100mV（2）鲕绿泥石：其形成条件与海绿石相近，也出现于海相环境；也有在低pH的沼泽环境中的（3）沸石类（4）高岭石（5）菱铁矿（6）自生长石（7）自生硅质7.溶解作用碎屑沉积物的沉积后作用

（成岩作用）

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）。

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）重结晶及多相转变作用（五）溶解作用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。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第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶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压实作用强度系列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3、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

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

2、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3、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4、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2)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3)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第九章碎屑沉积物的沉积后作用第一节压实和压溶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4)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2、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3、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。4、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第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用书页状及蠕虫状高岭石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(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（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

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2．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.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积物的沉积后作用第二节胶结作用硅质胶结物石英次生加大第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用(4)氧化硅胶结物来源：第一，来源于地表水和地下水。这可能是较浅处石英自生加大胶结物的主要来源，不过只有保持孔隙水的长期循环，而且有氧化硅的不断补给的条件下才能形成大量的石英胶结物。第二，来源于硅质生物骨壳的溶解。碎屑沉积物中的硅藻、放射虫、硅质海绵骨针以及其他分泌氧化硅的生物骨壳，在沉积后将很快溶解，溶解作用一直进行到水中非晶质氧化硅饱和为止。

第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用第三，来源于碎屑石英压溶作用。溶出的氧化硅，往往在受压溶颗粒附近的孔隙中沉淀成石英的次生加大边。第四，来源于粘土矿物的成岩转化作用。在页岩与砂岩互层的地层中，页岩中的粘土矿物在成岩转化过程中有SiO2析出，并进入邻近砂体的边部成胶结物沉淀下来。蒙脱石或蒙伊混层粘土向伊利石转化，可析出可观的SiO2。第五，来源于硅酸盐矿物的不一致溶解作用，以长石为重要。长石向高岭石蚀变会析出SiO2第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用第六，来源于火山玻璃去玻化和蚀变成粘土矿物或沸石类矿物过程中析出的SiO2。去玻化作用常发生在近地表浅处，所以常产生非晶质蛋白石胶结物。

第七，来源于海底火山喷发。海底火山喷发可直接提供大量氧化硅。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用3．碳酸盐胶结作用(1)矿物种类：

方解石、白云石、菱铁矿、菱镁矿、文石等。(2)胶结方式(结构)多样，可呈均一组分和混合充填于空隙中，呈交代物，呈结核状，或存在于薄的纹层中。方解石常见粒状结构、镶嵌结构、栉壳状结构以及连晶胶结结构。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用(3)分布：在许多砂岩中，碳酸盐胶结物是早期沉淀的，其它成岩阶段也可形成。可根据不同碳酸盐矿物充填顺序分析胶结作用的顺序，这也是研究成岩演化历史的依据。

分布最广和最常见的是方解石，其次是白云石。文石是在现代砂岩中出现的，在较老的砂岩中均转变为方解石。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用亮晶方解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早期泥晶白云石重结晶成粉晶白云石，白云石呈基底式胶结，颗粒为悬浮状。（-）120(4)碳酸盐物质来源其一，海水和流动的孔隙水能持续地带入溶解的碳酸盐，为碳酸盐胶结物的主要来源。其二，孔隙水溶解碎屑沉积物中的介壳和碳酸盐颗粒，溶解的物质又作为成岩期的胶结物沉淀下来。其三，砂岩中碳酸盐颗粒的压溶，也可以由砂岩层上下碳酸盐岩地层的压溶提供大量的碳酸盐胶结物。这是较深处碳酸盐胶结物的主要来源之一。其四，深部页岩层的半渗透膜（网状）效应，可使深处的阴离子和离子半径大的阳离子(如Ca2+)相对大量富集，致使碳酸盐胶结物增多。虽然深部压力的增加可以稍微提高那些离子的溶度积，但半渗透膜效应是主要的。所以当砂岩深埋时，往往有铁方解石或者白云石沉淀于孔隙之中甚至交代碎屑。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用4．长石胶结物自生长石的成分为钾长石和钠长石。自生长石是碎屑岩中常见的一种自生矿物，它可以呈碎屑长石的自生加大边，也可以在基质中呈小的自形晶体产出。它既可以在石英砂岩中出现，也可以在杂砂岩中出现。它在各类砂岩中的丰度一般都很低。有利于形成自生长石的条件，除孔隙溶液中有足够的SiO2外，还必须是Al2O3的浓度高，Na+

／

H+和K+／H+的活度比高，以及比较高的温度。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用5．沸石胶结物

碎屑岩中常见的沸石类胶结物有方沸石、片沸石、浊沸石及斜沸石等。成分与长石相似，分子式为：Am/n[AlpSiqO2(p+q)]·wH2O，其中A主要为Ca，Na，K，其次为Be和Sr；n为阳离子电价；q/p在1~5间。呈晶粒状、板状、纤维状、针状及束状产出，可形成于成岩作用的各个阶段。沸石常见于富含火山碎屑和长石的砂岩中，常是火山碎屑和长石与地下水相互作用的产物。有利于形成沸石的介质条件是高的pH值和富含SiO2及Ca，Na，K离子，即高矿化度的孔隙水和适当的二氧化碳分压。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用片沸石充填于粒间，呈橘红色，克拉玛依油田二叠系第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用长石砂岩6．硫酸盐胶结物

碎屑岩中最常见的硫酸盐胶结物是石膏和硬石膏，此外还有重晶石和天青石。

石膏和硬石膏常呈连晶状充填于孔隙中，也可交代其他矿物产出;重晶石、天青石常呈晶粒状、板条状或连晶斑块，充填在孔隙中或交代其他碎屑颗粒。可形成于沉积期及成岩作用的各个阶段。形成于沉积期和早成岩期的往往与强蒸发作用有关，形成于晚成岩期的往往与早期石膏的溶解和再沉淀作用有关。地层水与沉积物相互反应或不同地层水的混合，也可析出石膏与硬石膏。形成重晶石所需要的钡离子，可以由钾长石高岭石化和溶蚀过程中提供。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用早期石膏连晶式胶结，后期石膏脱水转化为硬石膏，（+）×120；下第三系，江汉油田金6井第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用第九章碎屑沉积物的沉积后作用第二节胶结作用早期硬石膏胶结物第三节交代作用

一、概述1、概念：交代作用是指一种矿物代替另一种矿物的现象。

交代作用基本是在固体状态下发生的，新矿物的形成与旧矿物的消失同时进行。

交代作用的实质是体系的化学平衡及平衡转移的问题。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。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用2、发生时间：交代作用可以发生于成岩作用的各个阶段乃至表生期。但主要是在晚成岩期和早成岩晚期。3、交代作用受多种物理-化学因素的影响。当固体颗粒表面存在溶液薄膜时有利于交代作用的发生。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用

l)矿物假象：被交代矿物的原生成分虽已被交代，但其晶体外形得到完好的保存。交代矿物具有被交代矿物的假象，

2)幻影构造：岩石受到强烈的交代作用，原生颗粒只留下模糊的轮廓称为幻影，如硅化颗粒、强白云化岩石中的生物骨壳等。其内部结构甚至其边缘已消失，但因其内部有包裹体存在，故显示出颗粒幻影。

3)交叉、切割、边缘蚕食现象：矿物或颗粒被自形晶体或镶嵌结构的晶体切割或溶（侵）蚀。

4)残留的矿物包体：残留的矿物包体表示外面矿物是交代矿物，被包矿物是被交代矿物。

5)在岩石中发生了多期矿物交代作用时，主要根据矿物间的切割和侵蚀以及包裹现象来判断其生成顺序。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用4、交代作用的主要标志如下：第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用二、常见的交代作用1．氧化硅与方解石的相互交代作用

2、方解石对长石的交代作用

3、方解石交代粘土矿物的作用4、粘土矿物与长石的交代作用5、各种粘土矿物之间的交代作用第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用

1．氧化硅与方解石的相互交代作用(1)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。(2)pH值和温度是控制方解石与石英交代的主要因素，压力也有影响。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用

2．方解石对长石的交代作用

碳酸盐胶结的砂岩中方解石或其他碳酸盐矿物交代钾长石碎屑也是常见的现象，但方解石交代斜长石的现象却很少见到。方解石常呈不规则的形状交代长石边缘或晶内，亦常见到方解石沿长石解理或双晶方向进行交代，因为这些方向是长石晶体构造上的弱带。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用

3．方解石交代粘土矿物

在含粘土杂基的砂岩中，特别是在杂砂岩中，粘土矿物常被碳酸盐矿物交代。碳酸盐矿物常是方解石，也可以是白云石和菱铁矿。这种交代作用主要发生在成岩中、晚期，有利于方解石交代粘土矿物的pH值接近或大于8。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用(3)粘土矿物交代长石一般首先沿解理或边缘进行。(4)在长石的高岭石化过程中，由于钾离子和二氧化硅被移去，体积缩小，因而能产生一定量的孔隙空间。钾长石彻底高岭石化后体积减少53.6％，因而能产生一定量的孔隙空间。这个反应对碎屑岩次生孔隙的形成具有重要意义。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用4．粘土矿物与长石的交代作用

(1)各种粘土矿物均可交代长石，以高岭石交代长石最常见，称高岭石化；

(2)钾长石的高岭石化最常见，不仅是在成岩过程中发生的，部分钾长石颗粒在风化和搬运过程中也可发生水解作用和高岭石化作用。早期细小的高岭石交代长石次生加大边,KL201井,3661.60m,K1b,×250(－)第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用高岭石交代长石第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用5．各种粘土矿物之间的交代作用自然界中的粘土矿物通常都是多种粘土混合沉积，单成分粘土是少见的。随着成岩作用的进行，粘土矿物之间会出现有规律的变化。研究粘土矿物，特别是填隙粘土杂基的成分和结晶度，就可以反推成岩过程中岩石所经历的最大埋深和最高温度。第九章碎屑沉积物的沉积后作用第三节交代作用当环境富含Fe2+和Mg2+时，蒙脱石被绿泥石所交代。高岭石在酸性孔隙水中是稳定的，但当埋深增加，温度达165～210℃时，