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1、第七章 碎屑沉积物（岩）的沉积后作用,概述,一、沉积后作用的定义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作用以前所发生的一切作用。相当于英美文献中的“成岩作用”（diagenesis），即广义的成岩作用。此过程实质上是地层水与沉积物之间从不平衡到平衡的变化过程。,二、成岩作用类型压实和压溶作用细粒沉积物重要胶结作用粗粒沉积物重要交代作用发生在岩石组分之间重结晶作用和矿物的多形转变作用对碳酸盐沉积物及胶结物重要溶解作用时间、环境跨度大，产生孔隙，也是交代作用的必要过程,三、成岩（作用）环境要素温度压力流体化学性质（有机质演化、粘土矿物转化）、流动方式盆地
2、的构造演化生物扰动四、成岩作用次序五、成岩阶段的划分,第一节 沉积后作用的主要类型和影响因素,一、压实压溶作用1.压实作用（1）概念压实作用是指沉积物沉积后在上覆水层和沉积层的重荷下，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。沉积物进入埋藏阶段后最先经历的成岩作用,（2）压实作用效应/标志岩石结构构造变化塑性颗粒受压变形，刚性颗粒受压破裂、错断颗粒趋于定向排列、成因定向构造。实际上是由不稳定状态向稳定状态转化孔隙流体排出，为后期的成岩作用提供物质基础垂直于应力方向上颗粒溶蚀，Si4+、K+、Na+、Mg2+、Fe2+、Ca2+等离子游离出来，岩石原始孔隙度、体积缩小,塑性
3、颗粒变形,泥岩岩屑被压实成假杂基,脆性颗粒破裂、错断,石英脆性变形,长石双晶纹变形，错断,石英沿极不完全菱形解理破裂,2.压溶作用（1）概念随埋藏深度的增加，碎屑颗粒接触点上所承受的压力增大，颗粒接触处的溶解度增高，发生晶格变形和溶解作用，砂质沉积物就进入了压溶作用阶段。本质上，压实作用和压溶作用是同一物理化学过程的两个阶段，是持续进行的。（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达22.5倍）有人把压溶作用称为化学压实作用，因此在有些文献中压实作用包括物理压实和化学压实作用。,（2）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
4、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,3.差异压实作用是指内部组构不均一的沉积层或粒度不一致的薄沉积层，由于原始组分对压力的敏感程度不同，在压实过程中发生差异流动，使原始沉积构造遭受到破坏，并形成一些新的构造特征，常见的如瘤状构造、扁豆状构造。,差异压实作用,二、胶结作用,1.概念胶结作用是指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。沉积岩孔渗性下降的主要原因之一主要发生在成岩作用时期后生胶结物可以取代早生胶结物胶结物溶解即去胶结作用，形成次生孔隙 胶结物的生长方式孔隙充填式,2.胶结物的类型和胶结方式（1）氧化硅胶结物代表酸性孔隙水介质环境蛋
5、白石、玉髓石英（）常以石英颗粒自生加大边形式出现。次生加大胶结（secondry enlargement cement，）某些溶解物质逐步沉淀在同成分的碎屑颗粒表面，使原来颗粒增大的现象）自生增长（authigenic overgrowth，）在陆源矿物或化学成因矿物上长出同成分边缘的现象）。,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,氧化硅胶结物的来源A.地表水（SiO2=13ppm）和地下水（SiO2=几十ppm）B.硅质生物骨壳的溶解C.碎屑石英压溶作用D.粘土矿物的成岩转化E.硅酸盐矿物的不一致溶解尤以长石重要F.火山玻璃去玻化和蚀变变成粘土矿物或沸石类
6、矿物G.海底火山喷发H.构造抬升T、P，孔隙水中的SiO2过饱和,（2）碳酸盐胶结物代表碱性成岩环境碳酸盐胶结物类型方解石白云石 成岩后期由方解石转化而来菱铁矿还原微咸水环境，地下：富含有机质沉积物地表沼泽环境；文石、高镁方解石同生成岩期菱镁矿,碳酸盐胶结物的产状晶粒状斑块状衬边状自生加大环边嵌晶状次生孔隙充填物充填胶结微裂缝（如方解石脉）,碳酸盐胶结物的产状,半自形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,碳酸盐胶结物的产状,铁白云石斑块状胶结,方解石充填构造缝,碳酸盐胶结物的产状,铁白云石次生加大式胶结,铁方解石嵌晶式胶结,碳酸盐胶结物的来源海水和流动的孔隙
7、水钙质生物介壳溶解 碳酸盐颗粒的溶解深部页岩的半透膜效应使深处的碳酸盐增多。,（3）粘土矿物胶结粘土矿物成岩作用过程中化学沉淀而成层内火山物质或铝硅酸盐矿物等在孔隙水的作用下，在原地转变为另一种矿物，或由孔隙水带到附近孔隙内析出而形成新的自生粘土矿物，数量比它生者少得多,粘土矿物胶结物类型A.高岭石形态单晶呈假六边形晶片，集合体呈书页状或蠕虫状产状充填孔隙、交代其它矿物、其它自生矿物包体产出条件酸性水介质条件、充足SiO2和Al3+的循环孔隙水来源其它粘土矿物转变、火山玻璃及长石蚀变,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,B.伊利石形态细而薄的鳞片状、纤维状
8、，最高干涉色可达一级顶部，产状颗粒包膜、孔隙衬边、孔隙搭桥（集合体）埋深增大绢云母产出条件富K碱性条件来源其它粘土矿物转化，如高岭石、蒙脱石等。,自生伊利石,自生伊利石产状,自生伊利石孔隙衬边,丝缕状伊利石向孔隙内生长,C.绿泥石形态板状、玫瑰花状、竹叶状、绒球状等。产状颗粒包膜或孔隙衬边产出条件有Fe2+和Mg2+存在的还原条件来源孔隙水中直接沉淀其它粘土矿物转变，如高岭石。,自生绿泥石,绿泥石薄膜状胶结长石砂岩,长石表面绿泥石,自生绿泥石产状,充填粒间孔,D.蒙脱石产出条件富Ca碱性条件环境常见于火山物质较丰富的砂岩，如火山碎屑（砂）岩变化成岩早期含量较高成岩作用加强其它粘土矿物。,E.伊
9、/蒙混层粘土矿物形态介于伊利石和蒙脱石之间I/S中S层的含量是划分碎屑岩成岩阶段的重要标志F.海绿石微咸水，多出现在海相石英砂岩中,伊/蒙混层1：1,（4）长石胶结物产状自生加大边、小的自形晶体成分钾长石、钠长石，自生钙长石未见形成条件孔隙溶液中有足够的SiO2、Al2O3足够高的Na+/H+或K+/H+比值较高的温度,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,（5）沸石胶结物成分方沸石、片沸石、浊沸石、斜沸石等产状粒状、板状、纤维、针状、嵌晶状等产出条件高的pH值富含SiO2、Ca、Na、K等离子,沸石胶结物产状,浊沸石斑状胶结,沸石嵌晶式胶结,二、胶结作用,（7）
10、其它胶结物 硫酸盐石膏、硬石膏、重晶石、天青石铁质黄铁矿、赤铁矿磷酸盐胶磷矿、磷灰石,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,黄铁矿胶结物,黄铁矿自形晶体,粒间溶孔,黄铁矿颗粒衬边,三、交代作用,1.概念和实质概念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两个阶段原矿物的溶解+新矿物的生成,2.碎屑岩中常见的交代作用（1）氧化硅和方解石的相互交代作用pH8 硅化作用；pH89.8 两者均可沉淀；pH9.8方解石化；自然界中pH9.8很罕见，故温度很重要。,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
11、交代石英,氧化硅和方解石的相互交代作用,（2）方解石交代长石交代钾长石交代斜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。正常交代关系。,碳酸盐矿物交代长石,铁方解石,铁白云石,（3）碳酸盐交代粘土矿物方解石、白云石、菱铁矿成岩晚期有利介质条件pH8较高的Ca2+浓度,（4）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（斜长石）,粘土矿物交代长石,斜长石绢云母化,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,（5）粘土矿物间的交代作用（相互转化作用）埋深、K+伊利石蒙脱石 高岭石 浅 Fe2+、Mg2+绿泥石 地开石 珍
12、珠陶土 深 碱性孔隙水 酸性孔隙水 酸性条件下逆转化,泥岩中粘土矿物在埋藏成岩作用中的变化趋势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。韦弗（1960）测定各个时代泥岩中粘土矿物的分布深埋藏地层以绿泥石和伊利石为主高岭石和蒙脱石很少,（6）碳酸盐矿物的相互交代作用白云化作用白云石交代方解石，通常发生在成岩晚期去白云化作用主要在富含硫酸盐的地下水作用下进行，硫酸盐离子从白云石中吸取镁形成硫酸镁和方解石。含膏盐地层黄铁矿或其他硫化物的氧化作用,碳酸盐矿物的相互交代,铁白云石交代方解石,铁白云石交代白云石,铁白云石交代菱铁矿,（7）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
13、伊利石,水云母交代石英,3.交代作用的标志矿物假像交代矿物具有被交代矿物的假象幻影构造受强烈的交代作用，原始颗粒只留下模糊的轮廓幻影交叉切割现象交代矿物自形晶体切割被交代矿物残留的矿物包体交代矿物包裹被交代矿物,交代作用的标志,浊沸石交代斜长石矿物假象,交代作用的标志,石英被方解石交代幻影构造,交代作用的标志,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,（一）重结晶小晶体重新组合和结晶成大晶体矿物变得稳定碳酸盐胶结物重结晶，可形成连晶或嵌晶胶结物（二）矿物的多形转变较复杂的广义的重结晶作用成分基本不变，只发生晶格、形状和大小的变化，晶体可以由大变小文石、高镁
14、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）机理沉积物（岩）中的孔隙水（介质）的物化条件（浓度、pH值、Eh值、成分等）发生改变，从而使其组分由稳定变得不稳定，以致发生溶解。,溶解作用主要是酸性孔隙水使某些组分溶解所致从目前的研究来看，（4）酸性介质的来源有机酸无机酸粘土矿物转化大气水碳酸水,产生次生孔隙,溶解作用的结果,（二）次生孔隙成岩作用中后期，油气储集层的主要储集空间1.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：收缩缝混合成因主要
15、是沉积物或沉积岩在埋藏成岩过程中经受次生溶解作用形成的孔隙，也包括岩石因破碎、交代转化或收缩作用造成的缝隙。,次生孔隙,构造裂缝,成岩收缩缝,高岭石晶间孔,2.碎屑岩溶解成因的次生孔隙溶蚀粒间孔隙部分溶解特大孔隙伸长形孔隙贴粒孔隙溶蚀填隙物内孔隙溶蚀粒内孔隙部分溶解；铸模孔溶蚀裂缝孔隙,溶蚀粒间孔隙,部分溶解,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,次生孔隙,溶蚀填隙物内孔隙,溶蚀裂缝孔隙,次生孔隙识别标志,六、影响成岩作用的因素,（一）内部因素 1.原始沉积物的成分（1）颗粒 刚性颗粒越多，压实作用越不容易进行。（2）粘土杂基粘土膜 有助于压溶作用的进行杂砂岩易
16、压实，抑制酸性流体活动，不利改造储层孔渗性很差，孔隙度与泥质含量负相关。,2.原始沉积物结构粒度和分选越好，成岩作用对储层物性的改造越有利。3.原始沉积物构造具块状层理和平行层理砂岩孔渗性好，次生孔隙发育。波状层理和小型交错层理的粉细砂岩的次生孔隙不发育。4.原始沉积物的孔渗性原始孔渗性不是最好的砂岩，受成岩作用改造少，往往保留最好的储集性能。5.底质对胶结作用的影响胶结物首先同成分底质上析出,（二）外部因素,1.温度随深度增加而增高的温度效应有：（1）矿物的溶解度随温度升高而变化；（2）离子的水化效应随温度升高而减弱，使那些在地表温度下强烈水化的离子（如Mg2+，Fe2+）比较容易进入碳酸盐
17、那样的矿物相中；（3）蒙脱石、高岭石等脱水转化。（4）封闭系统中，地层压力增大。地层温度实际上是埋深和地温梯度的配制关系 研究某区储层的成岩作用，首先要清楚本区地温梯度的变化规律。,2.压力（1）压力，引起更强的压实和压溶作用多数矿物的溶解度是随颗粒接触处应力的增大而增高的（2）异常地层压力抑制压实作用，使深层砂岩保留较高的原生孔隙度。在异常压力系统中，由于孔隙流体支撑部分到全部上覆地层压力，使得砂岩的有效应力大为降低，系统封闭，在系统内发生胶结作用，使物性变差。（3）地下异常压力的起因压应力的增加孔隙流体或岩石骨架体积的变化流体流动浮力（Claire Leme et al.，1993）。,3
18、.流体（1）流体化学性质油田水含盐类型和含盐度 有机质向烃类转化释放有机酸和CO2促进铝硅酸盐和碳酸盐颗粒溶解粘土矿物转化产生H质子降低介质pH值酸溶性矿物溶解高岭石伊利石、高岭石绿泥石硫酸盐矿物溶解产生的H2S溶于水能溶解碳酸盐矿物烃类聚集,3.流体（2）流体流动方式 上升流浅埋藏部位，盆地中央隆起带和构造斜坡带有利于次生孔隙发育热对流深部封闭系统正相溶解性的矿物在流体环的热带溶解，具反向溶解性的矿物产生沉淀。下降流沉积间断面上遭受长期风化剥蚀，下降大气水流淋滤溶蚀而形成的次生孔隙发育带（3）流体压力 4.盆地的构造演化（1）构造背景和构造位置（2）地壳升降（3）断裂活动5.埋藏速率和时间
19、快速的埋藏作用往往有利于储层保存较好的孔隙度和渗透率。6.生物扰动7.气候 潮湿气候带、干旱气候带、冰川作用带和火山作用带,第二节 成岩阶段划分及主要标志,中国石油天然气总公司1991年审定碎屑岩成岩阶段划分规范 一、划分依据1.自生矿物类型及分布特点碳酸盐矿物、石英、沸石类矿物、粘土矿物等随埋深、低温增加而发生规律性变化。,一、划分依据,（1）碳酸盐矿物时期早期：多为泥晶；产状：环带状、孔隙式充填中晚期：晶粒大；产状：交代、加大、孔隙充填等成分方解石出现较早白云石、铁白云石出现较晚，T=100时，铁白云石更丰富。,（2）石英石英加大随成岩作用加深而增强依据加大边的宽度划分次生加大的级别。（3
20、）沸石类矿物 方沸石、钙十字沸石片沸石浊沸石辉沸石 埋藏 浅 100 深,（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70502020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）TAI43.古温度4.孔隙类型原生孔隙次生孔隙,二、划分方案及成岩标志,（一）划分方案1.同生成岩阶段2.早成岩阶段A亚期B亚期,3.晚成岩阶段A亚期B亚期C亚期4.表生成岩阶段,同生成岩阶段指在有效埋藏前，在沉积物表面或其附近发生的成岩作用所谓有效埋藏是指砂岩
21、被埋藏在封闭层之下，从而使间隙水的组成和化学性质不再受以地表营力为主的影响。,早成岩阶段和晚成岩阶段沉积物（岩）有效埋藏过程中，所发生的地下成岩作用广义的成岩作用 与有机质向油气转化密切相关有机质向烃类转化过程中释放的有机酸促使不稳定组分溶解而形成数量可观的次生孔隙。此时粘土矿物发生脱水作用，为油气运移提供载体。与储集空间密切相关,表生成岩阶段在有效埋藏以后，又在地表或其附近发生的成岩作用。受大气淡水的淋滤和溶解作用（二）成岩标志参见教材P220221。,第三节 陆源碎屑岩与油气的关系,一、生储盖砾岩、砂岩、粉砂岩油气储层泥岩（粘土岩）生油层、储油层、盖层二、油气运移粘土矿物中存在四种水孔隙水、吸附水、层间水、结构水埋深增加、温度和压力的升高，粘土矿物依次脱出的各种水成为油气运移的可靠载体。,
