碎屑沉積物(巖)的沉積后作用

第四節(jié)碎屑沉積物的沉積后作用沉積后作用的環(huán)境要素溫度壓力流體盆地的構(gòu)造演化生物擾動

一、砂礫沉積物（巖）的沉積后作用（一）壓實、壓溶作用1.壓實作用沉積物在上覆水層和沉積層的重荷(壓力)下，或在構(gòu)造形變的作用下，發(fā)生水分排出、孔隙度降低、體積縮小的作用。

壓實作用效應(yīng)/標志①巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造變化塑性顆粒變形泥巖巖屑被壓實成假雜基脆性顆粒破裂、錯斷長石雙晶紋變形，錯斷石英沿極不完全菱形解理破裂②沉積物體積縮小、流體排出、原始孔隙度降低。

石英砂巖原始40％30％～10％

排出的流體是其它多數(shù)沉積后作用發(fā)生的主要介質(zhì)。3000m顆粒的結(jié)構(gòu)成熟度對壓實效應(yīng)的影響明顯。圓度、形狀、分選………，好則緊密等大的球狀砂粒隨機堆積的孔隙度約37％47.6%25.9%2.壓溶作用埋深增加，顆粒接觸點上因壓力增大，發(fā)生晶格變形和溶解作用。

壓實作用和壓溶作用是持續(xù)進行的。

效應(yīng)：

隨顆粒所受壓力不斷增加和地質(zhì)時間的推移，顆粒點接觸→線接觸→凹凸接觸→縫合接觸點接觸——線接觸點接觸線接觸凹凸接觸凹凸接觸縫合接觸縫合接觸石英在500～1000m開始出現(xiàn)壓溶和次生加大，最大深度一般小于6000m。3.壓實作用強度的定量分析接觸強度＝1a+2b+3c+4da+b+c+da-點接觸；b-線接觸；c-凹凸接觸；d-縫合接觸視壓實率＝［（40－粒間體積）／40］×100％視壓實率壓實強度<30%弱30％～50％中50％～70％較強>70％強4.差異壓實作用內(nèi)部成分、結(jié)構(gòu)、粒度不均一的薄沉積層，由于對壓力的敏感程度不同，在壓實過程中層內(nèi)發(fā)生差異流動，形成新的構(gòu)造，如瘤狀構(gòu)造、扁豆狀構(gòu)造。差異壓實作用（二）膠結(jié)作用從孔隙溶液中沉淀出礦物質(zhì)（膠結(jié)物），將松散的沉積物固結(jié)為巖石。

另外，雜基脫水后的粘附，顆粒之間的反應(yīng)邊也都屬膠結(jié)作用主要發(fā)生在成巖作用時期膠結(jié)物的生長方式——孔隙充填式靠近底質(zhì)的小晶體生長快，靠孔隙中心的大晶體生長慢。1、碳酸鹽膠結(jié)物——代表堿性成巖環(huán)境（1）碳酸鹽膠結(jié)物類型及分布方解石、鐵方解石白云石、鐵白云石文石、高鎂方解石（同生～早成巖期）菱鐵礦（少見）、菱鎂礦碳酸鹽膠結(jié)物的產(chǎn)狀—

粒狀、嵌晶狀、孔隙襯邊狀（顆粒包膜）、櫛狀、次生加大。半自形晶粒狀鐵白云石自形粒狀鐵白云石石英次生加大含鐵方解石嵌晶式膠結(jié)鐵白云石斑塊狀膠結(jié)方解石充填構(gòu)造縫（2）碳酸鹽膠結(jié)物的形成與濃度、pH值有關(guān)不同碳酸鹽膠結(jié)物形成條件：

文石、高鎂方解石—在成巖早期向方解石轉(zhuǎn)變；方解石－晶粒大，直接沉淀；白云石－早期：類似潮坪機理；晚期：Mg2+置換方解石

菱鐵礦－地表：沼澤環(huán)境；成巖期：Fe2+對方解石的置換

（3）碳酸鹽膠結(jié)物的來源海水和流動的孔隙水，主要的。鈣質(zhì)生物介殼溶解碳酸鹽顆粒、晶粒的溶解深部頁巖的半透膜效應(yīng)：半徑小的K+、Na+逸出，Ca2+殘留。

2.SiO2膠結(jié)物（1）SiO2膠結(jié)物的類型和特征——酸性孔隙水蛋白石（非晶質(zhì)）、方英石（纖維狀雛晶，襯邊膠結(jié)）、玉髓（隱晶石英的集合體）、石英（常次生加大）。蛋白石、方英石－－常與火山碎屑有關(guān)石英次生加大自生石英產(chǎn)狀自生石英孔隙襯邊自生石英顆粒襯邊自生石英（2）SiO2膠結(jié)物的形成pH值的影響—需要偏酸性環(huán)境溫度的影響：隨溫度上升，非晶質(zhì)

SiO2溶解度遠大于石英。石英次生加大的階段性：雛晶－較大晶面的小晶體－整個石英顆粒呈多面體石英的次生加大（3）SiO2膠結(jié)物的來源①地表水和地下水，含量13mg/L～幾十mg/L，早成巖期膠結(jié)；②硅質(zhì)生物骨骼的溶解；③石英顆粒的壓溶；④粘土礦物（蒙脫石）的成巖轉(zhuǎn)化；⑤硅酸鹽礦物（多為長石）的蝕變；⑥火山碎屑的脫?；臀g變；⑦海底火山噴發(fā)；⑧地層的構(gòu)造抬升（1）粘土礦物膠結(jié)物類型①.高嶺石形態(tài)：假六邊形晶片，集合體呈書頁狀或蠕蟲狀產(chǎn)狀：充填孔隙、交代其它礦物產(chǎn)出條件：酸性水介質(zhì)、充足SiO2和Al3+

3.粘土礦物膠結(jié)物自生高嶺石自生高嶺石石英砂巖粒間自生高嶺石自生高嶺石晶間孔充填瀝青②.蒙脫石（蒙皂石）形態(tài)：起伏不平的毛氈狀、棉絮狀、蜂窩狀產(chǎn)出條件：富Ca2+、Na+，堿性環(huán)境：火山物質(zhì)較豐富變化：成巖早期含量較高，晚期→其它粘土礦物。③.伊利石形態(tài)：細而薄的鱗片狀、纖維狀，絲縷狀，最高干涉色可達一級頂部，產(chǎn)狀：顆粒包膜（即：孔隙襯邊）、孔隙搭橋（集合體）埋深增大→結(jié)晶度變好，絹云母產(chǎn)出條件：富K堿性條件、其它粘土礦物轉(zhuǎn)化

自生伊利石分布于粒間的片狀伊利石，SEM，2000。白堊系泉頭組，吉林油田梨參2井4264~4269m。桿沸石與伊利石粒間伊利石粘土橋，高87井3652.9m,SEM，1000。④.伊/蒙混層粘土礦物

介于伊利石和蒙脫石之間。I/S中的S層百分比是劃分碎屑巖成巖階段的重要標志伊/蒙混層1：1⑤.綠泥石形態(tài)：片狀、玫瑰花狀、竹葉狀、絨球狀等。產(chǎn)狀：顆粒包膜（即：孔隙襯邊）產(chǎn)出條件：有Fe2+和Mg2+存在的堿性條件來源：孔隙水中直接沉淀、其它粘土礦物轉(zhuǎn)變自生綠泥石綠泥石薄膜狀膠結(jié)長石砂巖長石表面綠泥石絨球狀綠泥石充填孔隙，SEM，800。第三系，冀東油田高82井4022.2m。分布于粒表的針葉狀綠泥石，SEM，1000。第三系，冀東油田高82井4022.2m。（2）粘土礦物膠結(jié)物的產(chǎn)狀孔隙襯邊（即薄膜狀）、孔隙充填、交代假象、裂隙或晶洞充填（3）粘土礦物膠結(jié)物的形成與轉(zhuǎn)變略

（4）粘土礦物對儲層的影響：

鉀長石的高嶺土化后體積將減少53.6%；顆粒包膜、襯邊的粘土礦物亦堵塞喉道——儲層敏感性；但晶粒較大的高嶺石可保留晶間孔隙。4.沸石膠結(jié)物火山碎屑、長石與孔隙水相互作用的產(chǎn)物。成分：方沸石、片沸石、濁沸石、斜沸石等,化學(xué)成分類似于長石。產(chǎn)狀：粒狀、板狀、纖維、針狀、嵌晶狀等產(chǎn)出條件：高的pH值，酸性則溶解富含SiO2、Ca、Na、K等離子高礦化度孔隙水和CO2

沸石膠結(jié)物產(chǎn)狀：沸石嵌晶式膠結(jié)絲光沸石桿沸石（1）長石膠結(jié)物產(chǎn)狀自生加大邊、小的自形晶體,一般含量很低成分鉀長石、鈉長石，（自生鈣長石未見）形成條件孔隙水中有足夠的SiO2、Al2O3足夠高的Na+/H+或K+/H+活度比值、較高的溫度5.其它自生礦物的膠結(jié)作用長石膠結(jié)物產(chǎn)狀粒間孔中自生鈉長石長石次生加大邊長石次生加大邊（2）硫酸鹽膠結(jié)物硫酸鹽石膏硬石膏、重晶石、天青石產(chǎn)狀：嵌晶、晶粒狀膠結(jié)產(chǎn)出條件：沉積期的蒸發(fā)、成巖期的溶解再沉淀、孔隙水間或與礦物的反應(yīng)。水化脫水硫酸鹽膠結(jié)物產(chǎn)狀硬石膏半自形—自形枝狀膠結(jié)硬石膏斑狀膠結(jié)石膏斑狀膠結(jié)（3）赤鐵礦膠結(jié)物可以單獨存在，也可與粘土混合填隙。形式：水體中直接化學(xué)沉淀出Fe的氧化物；

含鐵礦物在成巖過程中的氧化。（4）黃鐵礦膠結(jié)物含有機質(zhì)的強還原條件成巖早期—草莓狀；成巖晚期—晶粒狀。黃鐵礦膠結(jié)物黃鐵礦自形晶體黃鐵礦顆粒襯邊（5）海綠石圓形或腎形的小鱗片集合體。海相環(huán)境，同生期，偏冷水，鐵鎂礦物海解的產(chǎn)物三、交代作用交代作用是指一種礦物代替另一種礦物的現(xiàn)象。實質(zhì)：體系的化學(xué)平衡及平衡轉(zhuǎn)移。含兩個同時過程：原礦物的溶解+新礦物的生成1.碎屑巖中常見的交代作用（1）二氧化硅和方解石的相互交代作用主要影響因素：自身化學(xué)性質(zhì)、pH、溫度、壓力

pH<8硅化作用；pH＝8～9.8兩者均可沉淀；pH≥9.8方解石化；自然界中pH≥9.8很罕見。故溫度很重要，可促進SiO2的溶解和CaCO3的沉淀。方解石交代石英碳酸鹽礦物交代石英鐵白云石交代石英鐵方解石交代石英白云石交代石英（2）方解石交代長石主要出現(xiàn)在方解石膠結(jié)的砂巖中。方解石交代長石，先溶解，后充填。

碳酸鹽礦物交代長石鐵白云石（3）粘土礦物交代長石酸性介質(zhì)條件高嶺石化（斜長石、鉀長石）堿性介質(zhì)條件絹云母化（鱗片狀白云母）（斜長石）

長石絹云母化后又被壓實變形斜長石高嶺石化長石絹云母化后又被壓實變形（4）碳酸鹽膠結(jié)物之間的相互交代作用早期：方解石、白云石晚期：鐵方解石、鐵白云石另：方解石、白云石之間的相互交代。白云化作用白云石交代方解石去白云化作用富含硫酸鹽的地下水，硫酸鹽離子從白云石中吸取鎂形成硫酸鎂和方解石。碳酸鹽礦物的相互交代鐵白云石交代白云石鐵白云石交代菱鐵礦鐵白云石交代方解石（5）碳酸鹽交代粘土礦物有利介質(zhì)條件pH≥8較高的Ca2+濃度（6）粘土礦物對石英的交代常見于雜基含量較高的砂巖主要是伊利石水云母交代石英3.交代作用的標志(1)不規(guī)則邊緣

被交代礦物邊緣不規(guī)則(2)殘留的礦物包體

交代礦物包裹被交代礦物(3)礦物假像

交代礦物具有被交代礦物的晶體形態(tài)。(4)幻影構(gòu)造

原始顆粒只留下模糊的輪廓，邊緣消失。(5)交叉切割現(xiàn)象

交代礦物自形晶體切割被交代礦物(6)膠結(jié)物之間的包裹關(guān)系

晚期的膠結(jié)物包圍早期的膠結(jié)物濁沸石交代斜長石礦物假象石英被方解石交代幻影構(gòu)造交叉切割現(xiàn)象方解石交代斜長石，殘留的礦物包體（四）重結(jié)晶作用與礦物的多形轉(zhuǎn)變（1）重結(jié)晶非晶質(zhì)變成結(jié)晶質(zhì)、小晶體重新組合成大晶體。（2）礦物的多形轉(zhuǎn)變（一種廣義的重結(jié)晶）成分基本不變，只發(fā)生晶格、形狀和大小的變化文石、高鎂方解石→低鎂方解石蛋白石→玉髓→石英膠磷礦→磷灰石（五）溶解作用和次生孔隙1.溶解作用（1）概念巖石組分發(fā)生部分或全部溶解的現(xiàn)象。（2）類型選擇性溶解——成巖早期非選擇性溶解——成巖晚期（3）機理孔隙水的物化條件（濃度、pH值、Eh值、成分等）發(fā)生改變。

溶解作用主要是酸性孔隙水使某些組分溶解所致（4）酸性介質(zhì)的來源有機酸無機酸大氣水碳酸水產(chǎn)生次生孔隙溶解作用的結(jié)果次生孔隙：成巖作用中后期，油氣儲集層的主要儲集空間a.按成因分類溶解成因構(gòu)造成因：裂隙交代轉(zhuǎn)化成因：晶間孔成巖收縮成因：收縮縫混合成因

次生孔隙構(gòu)造裂縫成巖收縮縫高嶺石晶間孔溶蝕粒間孔隙貼粒孔隙伸長狀孔隙特大孔隙溶蝕粒內(nèi)孔隙晶內(nèi)孔粒內(nèi)孔鑄?？兹芪g填隙物內(nèi)孔隙溶蝕裂縫孔隙次生孔隙識別標志二、粘土沉積物（巖）的沉積后作用（一）主要的沉積后作用類型1.壓實作用原始孔隙度：70％～90％；500m以內(nèi)孔隙水大量排出；4000m：孔隙度5％～10％。在封閉系統(tǒng)中，可產(chǎn)生超孔隙壓力—欠壓實泥巖—刺穿底辟2.粘土礦物的轉(zhuǎn)化作用（1）高嶺石——偏酸性水。隨埋深加大，酸性條件下將向有序度更高的地開石、珍珠陶土轉(zhuǎn)化。堿性條件下：向伊利石、綠泥石、蒙脫石轉(zhuǎn)化。（2）蒙脫石——堿性水體

埋深加大，層間水被釋放，層間塌陷，轉(zhuǎn)為伊蒙混層。較高溫、K+：向伊利石轉(zhuǎn)化。較高溫、Fe2+、Mg2+：向綠泥石轉(zhuǎn)化。（3）混層粘土礦物粘土礦物轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物，有伊－蒙混層、綠－蒙混層。

成巖作用的增強，伊利石層、綠泥石層比例增加，有序度增高。

可以指示成巖作用強度。（4）伊利石、綠泥石堿性介質(zhì)，長石——伊利石；暗色礦物——綠泥石?；蛴善渌惩恋V物轉(zhuǎn)變。蝕變深埋、K+伊利石蒙脫石高嶺石Fe2+、Mg2+綠泥石

堿性孔隙水酸性孔隙水酸性條件下逆轉(zhuǎn)化高嶺石Ca2+、Na+地開石、珍珠陶土隨埋深加大，粘土礦物間相互轉(zhuǎn)化作用酸性孔隙水泥巖中粘土礦物在埋藏成巖作用中的變化趨勢：地層埋藏越深、地質(zhì)時代越老綠泥石和伊利石含量增加，高嶺石和蒙脫石相應(yīng)減少至無。3.粘土礦物的脫水作用孔隙水、吸附水、層間水、結(jié)構(gòu)水。隨成巖作用加強，上述水可逐漸脫去。（二）粘土沉積物沉積后作用與油氣的關(guān)系蒙脫石向伊利石快速轉(zhuǎn)化的脫水常與油氣的初次運移有關(guān)。三、成巖階段劃分及主要標志中國石油天然氣總公司1992年審定碎屑巖成巖階段劃分規(guī)范