陸源碎屑巖的成巖作用

1、1第五節(jié)第五節(jié) 陸源碎屑巖的成巖作用陸源碎屑巖的成巖作用一、砂巖的成巖作用一、砂巖的成巖作用常見的成巖作用現(xiàn)象：常見的成巖作用現(xiàn)象：壓實作用壓實作用膠結(jié)作用膠結(jié)作用交代作用交代作用重結(jié)晶作用重結(jié)晶作用21、壓實作用和壓溶作用、壓實作用和壓溶作用A 發(fā)生的時間：發(fā)生的時間： 膠結(jié)作用之前膠結(jié)作用之前膠結(jié)過程中膠結(jié)過程中膠結(jié)作膠結(jié)作用之后。用之后。B 表現(xiàn)方式：表現(xiàn)方式：早期早期：以壓實作用方式為主，顆粒之間的滑動、：以壓實作用方式為主，顆粒之間的滑動、重新排列和某些顆粒的碎裂變形。重新排列和某些顆粒的碎裂變形。晚期晚期：壓溶作用方式為主，壓力集中在顆粒接：壓溶作用方式為主，壓力集中在顆粒接觸點上

2、。觸點上。3機(jī)械壓實作用類型示意圖機(jī)械壓實作用類型示意圖41）壓實組構(gòu)）壓實組構(gòu)A 剛性顆粒：剛性顆粒： 顆粒間的接觸關(guān)系為點接觸、線接觸、凹顆粒間的接觸關(guān)系為點接觸、線接觸、凹凸接觸和縫合線接觸，甚至發(fā)生碎裂。凸接觸和縫合線接觸，甚至發(fā)生碎裂。B 塑性接觸：塑性接觸： 發(fā)生塑性變形，變形強(qiáng)烈時，形成假雜基。發(fā)生塑性變形，變形強(qiáng)烈時，形成假雜基。C 片狀礦物：片狀礦物： 表現(xiàn)為彎曲和折斷現(xiàn)象表現(xiàn)為彎曲和折斷現(xiàn)象5斜長石脆性碎裂斜長石脆性碎裂6白云母的彎曲和折斷現(xiàn)象白云母的彎曲和折斷現(xiàn)象72）機(jī)械壓實作用向化學(xué)壓溶作用的轉(zhuǎn)化）機(jī)械壓實作用向化學(xué)壓溶作用的轉(zhuǎn)化影響因素：影響因素：水膜的影響：水膜的

3、影響： 石英顆粒表面有很薄的水膜（幾個分子厚），在壓力點石英顆粒表面有很薄的水膜（幾個分子厚），在壓力點上由于水的作用和參與，該處石英顆粒表面首先溶解形成上由于水的作用和參與，該處石英顆粒表面首先溶解形成H4SiO4 ，向周圍擴(kuò)散，在應(yīng)力小的部位沉淀形成石英次生，向周圍擴(kuò)散，在應(yīng)力小的部位沉淀形成石英次生加大邊。加大邊。伊利石粘土的影響伊利石粘土的影響： 砂質(zhì)顆粒之間常有伊利石粘土膜，粘土膜由粘土和水砂質(zhì)顆粒之間常有伊利石粘土膜，粘土膜由粘土和水膜聚集而成。增強(qiáng)溶解和擴(kuò)散作用。膜聚集而成。增強(qiáng)溶解和擴(kuò)散作用。深度：深度：壓溶作用隨深度增加而增強(qiáng)。壓溶作用隨深度增加而增強(qiáng)。8。顆粒的接觸類型示意

4、圖顆粒的接觸類型示意圖910機(jī)械壓實作用下剛性顆粒接觸關(guān)系機(jī)械壓實作用下剛性顆粒接觸關(guān)系113）壓實作用的估計方法及其隨埋深的變化）壓實作用的估計方法及其隨埋深的變化剛性顆粒的接觸強(qiáng)度剛性顆粒的接觸強(qiáng)度Taylor（1950）的研究表明：）的研究表明：在埋深在埋深900米處，點接觸占米處，點接觸占52%；在埋深在埋深2200米處，點接觸減少為零；米處，點接觸減少為零；在埋深在埋深1700米處，縫合接觸為零；米處，縫合接觸為零；在埋深在埋深2700米處，縫合接觸占米處，縫合接觸占32%。一般，隨深度增加，剛性顆粒的接觸強(qiáng)度增加。一般，隨深度增加，剛性顆粒的接觸強(qiáng)度增加。125）去膠結(jié)物孔隙度（）

5、去膠結(jié)物孔隙度（cim） 去膠結(jié)物孔隙度：去膠結(jié)物孔隙度：“將膠結(jié)物全部去掉之后得到的孔將膠結(jié)物全部去掉之后得到的孔隙度隙度”。即砂巖現(xiàn)有的孔隙度與膠結(jié)物所占孔隙度之和。即砂巖現(xiàn)有的孔隙度與膠結(jié)物所占孔隙度之和。i砂質(zhì)沉積物的初始孔隙度，約砂質(zhì)沉積物的初始孔隙度，約40%；m去膠結(jié)物孔隙度；去膠結(jié)物孔隙度；c經(jīng)壓實作用減少的孔隙度經(jīng)壓實作用減少的孔隙度c = i - m當(dāng)當(dāng)c 為零或很小時，說明壓實作用微弱或沒有發(fā)生；為零或很小時，說明壓實作用微弱或沒有發(fā)生；當(dāng)當(dāng)c為負(fù)值時，說明砂巖遭受了強(qiáng)烈的交代作用。為負(fù)值時，說明砂巖遭受了強(qiáng)烈的交代作用。4）孔隙度）孔隙度砂巖剛沉積時的孔隙度為砂巖剛沉積

6、時的孔隙度為40%；雖埋深增加，孔隙度變小。；雖埋深增加，孔隙度變小。13142、膠結(jié)作用、膠結(jié)作用1）常見的膠結(jié)物和膠結(jié)組構(gòu)：）常見的膠結(jié)物和膠結(jié)組構(gòu)：常見膠結(jié)物為常見膠結(jié)物為石英和方解石石英和方解石按結(jié)晶程度：按結(jié)晶程度： 非晶質(zhì)膠結(jié)物：蛋白石、鐵質(zhì)等非晶質(zhì)膠結(jié)物：蛋白石、鐵質(zhì)等 隱晶質(zhì)膠結(jié)物：玉燧隱晶質(zhì)膠結(jié)物：玉燧 顯晶質(zhì)膠結(jié)物：具明顯的結(jié)晶結(jié)構(gòu)顯晶質(zhì)膠結(jié)物：具明顯的結(jié)晶結(jié)構(gòu)顯晶質(zhì)膠結(jié)物又分：顯晶質(zhì)膠結(jié)物又分：共軸生長膠結(jié)（石英次生加大邊、長石加大邊）共軸生長膠結(jié)（石英次生加大邊、長石加大邊） 外延生長膠結(jié)（粒狀結(jié)構(gòu)、嵌晶結(jié)構(gòu)、櫛狀結(jié)構(gòu)）外延生長膠結(jié)（粒狀結(jié)構(gòu)、嵌晶結(jié)構(gòu)、櫛狀結(jié)構(gòu)）15斜

7、長石共軸生長膠結(jié)斜長石共軸生長膠結(jié)162） 碳酸鹽的膠結(jié)作用碳酸鹽的膠結(jié)作用（1）碳酸鹽膠結(jié)物的種類：）碳酸鹽膠結(jié)物的種類：方解石、白云石、鐵白云石、文石，菱鐵礦、方解石、白云石、鐵白云石、文石，菱鐵礦、菱錳礦等。菱錳礦等。多以顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)存在，或櫛狀結(jié)構(gòu)、嵌晶結(jié)構(gòu)、多以顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)存在，或櫛狀結(jié)構(gòu)、嵌晶結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)等。交代結(jié)構(gòu)等。（2）來源：）來源：文石、鎂方解石的溶解；文石、鎂方解石的溶解；白云巖化作用；白云巖化作用；生物活動釋放的二氧化碳使碳酸鹽溶解；生物活動釋放的二氧化碳使碳酸鹽溶解；火山活動造成的碳酸鹽溶解；火山活動造成的碳酸鹽溶解；壓溶作用形成的；壓溶作用形成的；17礫巖，方解石膠結(jié)

8、，礫巖，方解石膠結(jié)，CLCL，140140182） SiO2的膠結(jié)作用的膠結(jié)作用（1）SiO2膠結(jié)物的種類膠結(jié)物的種類 蛋白石、玉髓和石英蛋白石、玉髓和石英（2）SiO2膠結(jié)物的沉淀機(jī)制膠結(jié)物的沉淀機(jī)制 實驗證明：實驗證明：SiO2 膠結(jié)物的沉淀作用是由垂膠結(jié)物的沉淀作用是由垂直循環(huán)的地表水引起的。石英砂巖中的次生加直循環(huán)的地表水引起的。石英砂巖中的次生加大石英是在較淺的埋藏條件下，碎屑顆粒沉積大石英是在較淺的埋藏條件下，碎屑顆粒沉積后強(qiáng)烈壓實前沉淀的。后強(qiáng)烈壓實前沉淀的。19（3）SiO2膠結(jié)物的來源膠結(jié)物的來源A 海洋中硅質(zhì)生物體的溶解；海洋中硅質(zhì)生物體的溶解；B 硅酸鹽礦物的轉(zhuǎn)化釋放出硅

9、酸鹽礦物的轉(zhuǎn)化釋放出SiO2；C 在深埋藏條件下，因高溫造成的部分石在深埋藏條件下，因高溫造成的部分石 英的重溶；英的重溶；D 壓溶作用。壓溶作用。203、 交代作用交代作用1）交代組構(gòu)：）交代組構(gòu)：交代假象交代假象：交代礦物具有被交代礦物的假象：交代礦物具有被交代礦物的假象：幻影構(gòu)造幻影構(gòu)造：強(qiáng)烈的交代作用使原生顆粒只保留：強(qiáng)烈的交代作用使原生顆粒只保留 模糊的輪廓；模糊的輪廓；交代切割交代切割：原生礦物顆粒被后期的礦物切割或：原生礦物顆粒被后期的礦物切割或 溶蝕；溶蝕；交代殘留交代殘留：交代作用進(jìn)行不徹底；：交代作用進(jìn)行不徹底；21交代假象交代假象白云石交代長石白云石交代長石222）常見的

10、交代作用）常見的交代作用（1）石英和方解石的相互交代作用）石英和方解石的相互交代作用 影響因素影響因素 PH值的影響：值的影響： PH值小于值小于9時，方解石溶解，石英沉淀，石英交代時，方解石溶解，石英沉淀，石英交代 方解石方解石硅化；硅化； PH值大于值大于9.8時，石英溶解，方解石沉淀，方解石交時，石英溶解，方解石沉淀，方解石交代石英代石英碳酸鹽化。碳酸鹽化。 溫度的影響：溫度的影響： 隨著溫度的升高，石英的溶解度增加，方解釋的溶隨著溫度的升高，石英的溶解度增加，方解釋的溶解度減?。唤舛葴p??；23pHpH值與方解石、非晶質(zhì)值與方解石、非晶質(zhì)SiOSiO2 2和石英的溶解度關(guān)系圖和石英的溶解

11、度關(guān)系圖24方解石交代石英的化學(xué)過程方解石交代石英的化學(xué)過程25（2）方解石交代粘土）方解石交代粘土 PH=8時，溶液中富含時，溶液中富含Ca例子，一些粘土礦物將變例子，一些粘土礦物將變得不穩(wěn)定而被交代。得不穩(wěn)定而被交代。（3） SiO2交代粘土礦物（硅化）交代粘土礦物（硅化） 硅化在薄片中表現(xiàn)為玉髓或隱晶石英的小顆粒散布硅化在薄片中表現(xiàn)為玉髓或隱晶石英的小顆粒散布在粘土基質(zhì)中，它們可能是氧化硅在粘土礦物之間的在粘土基質(zhì)中，它們可能是氧化硅在粘土礦物之間的微細(xì)孔隙中沉淀形成的。微細(xì)孔隙中沉淀形成的。（4）粘土礦物交代石英）粘土礦物交代石英 在富含粘土基質(zhì)的砂巖中，常見粘土礦物，尤其是在富含粘土

12、基質(zhì)的砂巖中，常見粘土礦物，尤其是伊利石溶蝕和交代石英顆粒或長石顆粒的現(xiàn)象。伊利石溶蝕和交代石英顆粒或長石顆粒的現(xiàn)象。 264、 重結(jié)晶作用重結(jié)晶作用砂巖中的重結(jié)晶作用主要發(fā)育于基質(zhì)及膠結(jié)物中。砂巖中的重結(jié)晶作用主要發(fā)育于基質(zhì)及膠結(jié)物中。1）灰泥基質(zhì)的重結(jié)晶作用：）灰泥基質(zhì)的重結(jié)晶作用： 成巖早期重結(jié)晶為微晶方解石。成巖早期重結(jié)晶為微晶方解石。 成巖作用晚期，由細(xì)晶變成粗晶甚至形成嵌晶（連成巖作用晚期，由細(xì)晶變成粗晶甚至形成嵌晶（連 生）膠結(jié)組構(gòu)。生）膠結(jié)組構(gòu)。2）硅質(zhì)膠結(jié)物的重結(jié)晶作用：）硅質(zhì)膠結(jié)物的重結(jié)晶作用： 非晶質(zhì)蛋白石膠結(jié)物變成纖維狀或微晶的玉髓，然非晶質(zhì)蛋白石膠結(jié)物變成纖維狀或微晶

13、的玉髓，然后進(jìn)一步變?yōu)榫з|(zhì)石英，成為石英顆粒的次生加大邊或后進(jìn)一步變?yōu)榫з|(zhì)石英，成為石英顆粒的次生加大邊或呈單獨的細(xì)小自形晶體。呈單獨的細(xì)小自形晶體。3）粘土基質(zhì)的重結(jié)晶作用：）粘土基質(zhì)的重結(jié)晶作用： 形成白云母或自生長石（呈次生加大邊或單個的晶形成白云母或自生長石（呈次生加大邊或單個的晶粒）；隱晶質(zhì)高嶺石可重結(jié)晶為蠕蟲狀或鱗片高嶺石粒）；隱晶質(zhì)高嶺石可重結(jié)晶為蠕蟲狀或鱗片高嶺石275、 成巖蝕變成巖蝕變正長石的高嶺土化：正長石的高嶺土化：斜長石的絹云母化：斜長石的絹云母化：斜長石的鈉長石化：斜長石的鈉長石化：火山碎屑的蝕變：火山碎屑的蝕變：28高嶺石具有長石的假象高嶺石具有長石的假象29斜長

14、石的絹云母化斜長石的絹云母化306、溶解作用與次生孔隙、溶解作用與次生孔隙溶解作用的機(jī)理與現(xiàn)象：溶解作用的機(jī)理與現(xiàn)象： 砂巖中的任何碎屑顆粒、雜基、膠結(jié)物和交砂巖中的任何碎屑顆粒、雜基、膠結(jié)物和交代礦物（后兩者統(tǒng)稱為自生礦物），包括最穩(wěn)定代礦物（后兩者統(tǒng)稱為自生礦物），包括最穩(wěn)定的石英和硅質(zhì)膠結(jié)物，在一定的成巖環(huán)境中都可的石英和硅質(zhì)膠結(jié)物，在一定的成巖環(huán)境中都可以不同程度地發(fā)生溶解作用。溶解作用的結(jié)果形以不同程度地發(fā)生溶解作用。溶解作用的結(jié)果形成了砂巖中的次生孔隙。成了砂巖中的次生孔隙。317、砂巖的孔隙、砂巖的孔隙原生孔隙：原生孔隙：原生粒間孔原生粒間孔 微孔隙微孔隙次生孔隙：次生孔隙：次生

15、粒間孔次生粒間孔 鑄膜孔鑄膜孔 組分內(nèi)溶孔組分內(nèi)溶孔 超粒大孔隙超粒大孔隙 貼粒孔隙貼?？紫?粒間晶間次生孔粒間晶間次生孔 微裂隙孔微裂隙孔32原生粒間孔和長石粒內(nèi)溶孔原生粒間孔和長石粒內(nèi)溶孔33原生微孔隙原生微孔隙34鑄模孔鑄?？?5鑄?？阻T?？?6鑄?？?、粒內(nèi)溶孔、粒間孔鑄?？?、粒內(nèi)溶孔、粒間孔37 貼粒孔隙貼粒孔隙38粒間溶孔粒間溶孔39組分內(nèi)溶孔組分內(nèi)溶孔40超大孔超大孔418 8、成巖作用共生順序分析、成巖作用共生順序分析 多種膠結(jié)物存在時，判斷形成的先后順序的依據(jù)：多種膠結(jié)物存在時，判斷形成的先后順序的依據(jù)：先形成的膠結(jié)物往往沉淀于孔隙的外壁先形成的膠結(jié)物往往沉淀于孔隙的外壁 ；相

16、鄰膠結(jié)物之間的關(guān)系。相鄰膠結(jié)物之間的關(guān)系。顆粒顆粒顆粒顆粒硅植膠硅植膠結(jié)物結(jié)物石膏石膏42膠結(jié)物共生順序表達(dá)方式膠結(jié)物共生順序表達(dá)方式(Emery等，等，1999)43德克薩斯德克薩斯Frio砂巖的成巖作用與埋深關(guān)系砂巖的成巖作用與埋深關(guān)系44二、泥巖的成巖作用二、泥巖的成巖作用1 1、壓實作用、壓實作用 壓實作用是泥質(zhì)巖最重要的成巖作用。壓實作用是泥質(zhì)巖最重要的成巖作用。泥質(zhì)沉積泥質(zhì)沉積物的壓實作用包括兩種組構(gòu)上的變化：物的壓實作用包括兩種組構(gòu)上的變化：1）孔隙度的快速降低）孔隙度的快速降低泥質(zhì)沉積物的原始孔隙度：泥質(zhì)沉積物的原始孔隙度：7090； 在埋深在埋深300500m深處孔隙度即迅速

17、降低，深處孔隙度即迅速降低， 埋藏深度大于埋藏深度大于500m時，孔隙度則降低較慢。時，孔隙度則降低較慢。 2000m深處孔隙度為深處孔隙度為1020左右，左右， 4000m深處，孔隙度為深處，孔隙度為510， 達(dá)達(dá)6000m深處時僅為深處時僅為33.5?？紫抖鹊慕档筒皇浅涮畹慕Y(jié)果，而是孔隙水的排出。孔隙度的降低不是充填的結(jié)果，而是孔隙水的排出。45462）粘土礦物的定向排列）粘土礦物的定向排列 粘土礦物片狀的外形和所攜帶的負(fù)電荷，使粘土礦物粘土礦物片狀的外形和所攜帶的負(fù)電荷，使粘土礦物顆粒凝結(jié)形成松散的，隨機(jī)的排列形式；顆粒凝結(jié)形成松散的，隨機(jī)的排列形式； 當(dāng)壓實前粘土礦物顆粒雜亂無章的排列

18、時，壓實后則當(dāng)壓實前粘土礦物顆粒雜亂無章的排列時，壓實后則形成泥巖；形成泥巖； 當(dāng)壓實前粘土礦物顆粒呈大致平行排列時，壓實后則當(dāng)壓實前粘土礦物顆粒呈大致平行排列時，壓實后則形成頁巖。形成頁巖。472 2、粘土礦物的成巖轉(zhuǎn)化、粘土礦物的成巖轉(zhuǎn)化1 1）高嶺石的成巖轉(zhuǎn)化）高嶺石的成巖轉(zhuǎn)化 形成：形成：表生和風(fēng)化階段，酸性介質(zhì)水與長石或其他鋁表生和風(fēng)化階段，酸性介質(zhì)水與長石或其他鋁 硅酸鹽礦物反應(yīng)而成；或由蒙脫石退化而成。硅酸鹽礦物反應(yīng)而成；或由蒙脫石退化而成。存在條件：存在條件：孔隙水的孔隙水的PHPH值保持為酸性。值保持為酸性。轉(zhuǎn)化特征：轉(zhuǎn)化特征：增溫，轉(zhuǎn)化為地開石；但在增溫，轉(zhuǎn)化為地開石；但在

19、8019080190度消失。度消失。 PHPH質(zhì)增大到堿性，如有質(zhì)增大到堿性，如有K K離子，轉(zhuǎn)化為伊利離子，轉(zhuǎn)化為伊利 石；石； 如由鈣、鈉或鎂離子存在，則轉(zhuǎn)化為蒙脫如由鈣、鈉或鎂離子存在，則轉(zhuǎn)化為蒙脫石或綠泥石。石或綠泥石。482 2）蒙脫石的成巖轉(zhuǎn)化）蒙脫石的成巖轉(zhuǎn)化蒙脫石形成于淋濾作用有限并由鎂離子供應(yīng)的堿性條蒙脫石形成于淋濾作用有限并由鎂離子供應(yīng)的堿性條件下（件下（Lewis,1984Lewis,1984）。）。 隨著埋藏深度的增加，蒙脫石將轉(zhuǎn)化成伊利石。隨著埋藏深度的增加，蒙脫石將轉(zhuǎn)化成伊利石。在埋深超過在埋深超過3048m3048m處，蒙脫石變成蒙脫石處，蒙脫石變成蒙脫石伊利石伊

20、利石混合粘土，同時隨著埋深進(jìn)一步增加，伊利石所占的混合粘土，同時隨著埋深進(jìn)一步增加，伊利石所占的比例增大。比例增大。 如果有如果有FeFe2 2和和MgMg2 2離子存在，蒙脫石則通過蒙脫離子存在，蒙脫石則通過蒙脫石綠泥石混合層轉(zhuǎn)化成綠泥石。如果孔隙水是酸性石綠泥石混合層轉(zhuǎn)化成綠泥石。如果孔隙水是酸性的，蒙脫石也可形成高嶺石。的，蒙脫石也可形成高嶺石。 493 3）伊利石和綠泥石的成巖轉(zhuǎn)化）伊利石和綠泥石的成巖轉(zhuǎn)化 在埋藏成巖作用過程中，若在酸性孔在埋藏成巖作用過程中，若在酸性孔隙水內(nèi)，兩者均不穩(wěn)定，甚至可以消失或隙水內(nèi)，兩者均不穩(wěn)定，甚至可以消失或轉(zhuǎn)化成高嶺石。轉(zhuǎn)化成高嶺石。 在堿性孔隙水中，伊利石和綠泥石依在堿性孔隙水中，伊利石和綠泥石依然可存在，但在成巖作用過程中結(jié)晶度增然可存在，但在成巖作用過程中結(jié)晶度增加。加。 伊利石的結(jié)晶度可以作為古地溫的恢伊利石的結(jié)晶度可以作為古地溫的恢復(fù)標(biāo)志。復(fù)標(biāo)志。503 3、泥質(zhì)沉積物的脫水作用、泥質(zhì)沉積物的脫水作用 粘土礦物水的存在狀態(tài)：粘土礦物水的存在狀態(tài)： A. A. 吸附于顆粒表面的吸附水吸附于顆粒表面的吸附水 B. B. 包含在粘土礦物晶體層間的層間水包含在粘土礦物晶體層間的層間水 C. C. 以（以（OHOH）形式包含在構(gòu)造內(nèi)部的化合水）形式包