地質(zhì)大沉積巖石學(xué)課件第14章 成巖作用

第14章

成巖作用第一節(jié)：成巖作用的階段劃分第二節(jié)：主要成巖作用及作用特點成巖作用:沉積物從沉積下來的那一時刻起一直到變質(zhì)或風化之前在其表面或內(nèi)部發(fā)生的一切作用總稱為成巖作用.各種沉積作用形成的沉積物最初都是松散的。要變成堅硬巖石，就要經(jīng)過漫長的時代，上覆沉積物越來越厚，下邊

沉積物越埋越深，經(jīng)過壓固、脫水、膠結(jié)等成巖作用，逐漸

變成堅固的成層的巖石。廣義的成巖作用是指沉積物從最后沉積下來的那一刻起至變質(zhì)或風化之前，所發(fā)生的一切物理、化學(xué)

和生物化學(xué)作用總稱為成巖作用，其間所經(jīng)歷的整個

地質(zhì)時期稱為成巖作用期。這個時期又可進一步細分

出若干個階段。第一節(jié)：成巖作用的階段劃分Рухин,1958Chilingar,1967本教材同生作用成巖

作用早期成巖作用同生作用成

巖

作

用早期成巖

作用同生作用成巖作用早期成巖作用淺埋成巖作用后生作用進后生作用（向變質(zhì)作用

過渡）晚期成巖作用變生成巖作用(向

變質(zhì)作用過渡)晚期成巖

作用深埋成巖作用(向

變質(zhì)作用過渡)退后生作用

(向風化作用

過渡)表生成巖作用(向

風化作用過渡)表生成巖作用(向

風化作用過渡)幾個成巖作用的階段劃分方案成

巖

作

用早期成巖作用同生作

用沉積物剛剛沉積，還暴露在沉積環(huán)境底層水中在沉積物一水界面及其以下的一薄層內(nèi)所發(fā)生的一切物理、化學(xué)或生物作用，為沉積作用的進一步延續(xù)淺埋成

巖作用沉積物開始埋藏至固結(jié)成巖總體特點：

溫壓升高、層間連通性變差，開放系統(tǒng)變?yōu)榉忾]系統(tǒng)，孔隙水和厭氧細菌的間接生物化學(xué)作用增強。晚期成巖作用深埋成

巖作用

(向變

質(zhì)作用

過渡)固結(jié)的沉積巖進一步埋藏至發(fā)生變質(zhì)作用之前總體特點：

埋深加大，溫壓升高、生物作用一般弱，孔隙度已大大減少，相互連通性也變差，巖石的成分和結(jié)

構(gòu)等都會順應(yīng)物化條件的改變而改變。表生成

巖作用

(向風

化作用

過渡)固結(jié)的沉積巖抬升至潛水面或地表，受滲流和潛流大氣降水影響所發(fā)生的作用?？傮w特點：

接近常溫常壓，Eh值較高，鹽度很低，pH值則在滲流水中較低（中偏弱酸性），在潛流水中較高（中偏弱堿性），作用強度取決于巖石成分和孔隙狀況o

早期成巖作用(Early

diagenesis)指沉積物固結(jié)之前的成巖作用，其作用結(jié)果是沉積物的固結(jié)。按作用條件與沉積環(huán)境的

關(guān)系，早期成巖作用可分為同生作用和淺埋成

巖作用。a.同生作用(Syndiagenesis）指沉積物剛剛沉積、還暴露在沉積環(huán)境底層水中、在沉積物一水界面及其以下的一薄層內(nèi)所發(fā)生的

一切物理、化學(xué)或生物作用。同生作用中的化學(xué)或生物過程實際就是沉積作用在成巖作用中的繼續(xù)，其作用產(chǎn)物常直接參與沉積結(jié)

構(gòu)的形成，常見顆粒狀或填隙狀海綠石、深海鐵錳結(jié)

核等就是這方面的典型代表。b.淺埋成巖作用指同生作用之后一直到沉積物固結(jié)為止為淺埋成巖階段，發(fā)生在此階段的一切物理、化學(xué)和生物作用

稱成巖作用。伴隨上覆沉積物厚度的增大，淺埋成巖作用條件的總體變化趨勢是溫壓升高、層間連通性變差，開放

系統(tǒng)變?yōu)榉忾]系統(tǒng)，孔隙水和厭氧細菌的間接生物化

學(xué)作用增強，Eh(氧化還原電位）值降低。

晚期成巖作用指沉積物固結(jié)之后至變質(zhì)或風化作用開始的為晚期成巖階段，在此階段發(fā)生的物理、化學(xué)作用稱晚

期成巖作用。此時，層間封閉系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為開放閉系統(tǒng)，外來物質(zhì)進入，導(dǎo)致已固結(jié)沉積巖的成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

等的進一步變化。a.深埋成巖作用（Deep

buried

diagenesis）指已固結(jié)的沉積巖在上覆沉積物厚度進一步加大、溫壓進一步升高直到變質(zhì)作用之前所經(jīng)歷的所有作用，這時沉積物的

埋深相對較大。在深埋成巖作用中，生物作用一般都已停止，沉積物中的孔隙已大大減少，相互連通性也變差，巖石的成分和結(jié)構(gòu)等都

會順應(yīng)物化條件的改變而改變。深埋成巖作用進一步加深，當巖石承受的靜壓力高于于1×108

Pa

，地溫高于250℃條件下，超過這一限度，沉積巖則向變質(zhì)巖轉(zhuǎn)變。b.表生成巖作用指堅固沉積巖因盆地抬升而逐漸上升到潛水面附近時，受滲流和潛流大氣降水影響所發(fā)生的作用。作用條件接近地表的常溫常壓，，Eh值較高，鹽度很低，pH值則在滲流水中較低（中偏弱酸性），在潛流水中較高（中偏弱堿性），作用強度取決于巖石成分和孔隙狀況.

主要作用為溶蝕作用、氧化

作用。1.壓實和壓溶作用2.膠結(jié)作用3.溶蝕和交代作用4.

重結(jié)晶作用主要成巖作用有以下幾種,它們都是互相聯(lián)系和互用影響的，其綜合效應(yīng)影響和控制著沉積物（巖）的發(fā)育歷史。第二節(jié)：主要成巖作用及作用特點：1.

壓實和壓溶作用a.壓實作用（Compaction）：指沉積物沉積后在其上覆蓋層的重荷下，或在構(gòu)造形變應(yīng)力的作用下，發(fā)生水分排出，孔隙度降低，體積縮小的作

用并逐漸固結(jié)。這種單純機械壓縮－固化作用稱為壓實作用。在沉積物內(nèi)部可以發(fā)生顆粒的滑動、轉(zhuǎn)動、位移、變形、破裂，進而導(dǎo)致顆粒的重新排列和某些結(jié)構(gòu)構(gòu)造的改變。壓

實作用在沉積物埋藏的早期階段表現(xiàn)得比較明顯。1.

原始沉積物，粒間基質(zhì)富水，體積大.2.

壓實只是基質(zhì)體積減小，基質(zhì)中片狀礦物定向排列;

碎屑顆粒堅硬，體積不變，所以砂巖的壓實率低.3.

進一步壓實，顆粒凹凸整合，變?yōu)樗畦偳督Y(jié)構(gòu).壓實效應(yīng)是物理作用,最好的例子:建公路,先鋪上一層厚厚的松散的沙土,然后用壓路機碾過.沉積物的壓實效應(yīng)在壓實作用下,

地層中鮞粒被明顯壓碎砂巖與泥巖的壓實效應(yīng)b,壓溶作用(Pressure

solution)沉積物隨埋藏深度的增加，碎屑顆粒接觸點上所承受的來自上覆層的壓力或來自構(gòu)造作用的側(cè)向應(yīng)力超過正?？紫?/p>

流體壓力時，顆粒接觸處的溶解度增高，將發(fā)生晶格變形的

溶解作用。壓溶開始之前，顆粒相互之間多為點接觸，有時可為粗糙的面接觸，壓溶后則可能演變?yōu)楣饣拿娼佑|、凸凹接觸

或縫合線接觸。壓溶的成分全部進入到粒間水溶液中，它們

可在鄰近壓力較低部位重新參與沉淀礦物的形成。壓溶作用改變顆粒相互接觸類型顆粒之間接觸類型隨壓力增大的變化序列1．點接觸，2．面接觸，3．凹凸接觸，4．縫合線接觸方解石顆粒之間的壓溶作用石英顆粒之間的壓溶作用縫合線接觸三渡縫合線構(gòu)造觀察2.膠結(jié)作用(Cementation)（膠結(jié)物的形成）彼此分立的顆粒被膠結(jié)物焊結(jié)在一起的作用稱為膠結(jié)作用.膠結(jié)物:指在成巖過程中，從粒間水溶液中沉淀出來、對分離顆粒起焊結(jié)作用的化學(xué)沉淀物。松散

的碎屑沉積物通過膠結(jié)作用變成固結(jié)的巖石.1).

膠結(jié)類型碎屑和填隙物之間的關(guān)系稱膠結(jié)類型,膠結(jié)類型劃分為以下幾種:o

基底式膠結(jié)

接觸式膠結(jié)

孔隙式膠結(jié)

鑲嵌式膠結(jié)>碎屑顆粒彼此不相接觸>填隙物含量較多>基質(zhì)支撐>形成于同生期>它通常是高密度流(如濁流、

泥石流)快速堆積的產(chǎn)物o

基底式膠結(jié)(Basalcement-ation)基底式膠結(jié)>顆粒之間彼此接觸>膠結(jié)物含量很少，只分

布在顆粒之間的接觸點

附近>顆粒之間的孔隙較發(fā)育

接觸式膠結(jié)(Contact

cementation)接觸式膠結(jié)>顆粒搭成支架狀，顆粒之間多

呈點狀接觸。>膠結(jié)物含量少，只充填在碎屑

顆粒之間的孔隙中。>顆粒支撐結(jié)構(gòu)。>形成于晚期成巖階段.>是最常見的顆粒支撐結(jié)構(gòu)

孔隙式膠結(jié)(Porous

cementation)孔隙式膠結(jié)>顆粒之間因壓溶而多呈面接觸、

凸凹接觸或縫合線接觸>也稱無膠結(jié)物式膠結(jié)>該類型只出現(xiàn)在砂級陸源碎屑沉積物中a

鑲嵌式膠結(jié)(Mosaic

cementation)鑲嵌式膠結(jié)--石英砂巖鑲嵌式膠結(jié)四種膠結(jié)類型的比較>當膠結(jié)物和它附著(或膠結(jié))的顆粒具有相對一致的方位性時稱懸掛式膠結(jié)>是孔隙水附著在顆粒下方導(dǎo)致膠結(jié)物向下生長的結(jié)

果懸掛式膠結(jié)(Pendant

cementation)2).

膠結(jié)物的結(jié)構(gòu):指膠結(jié)物自身的結(jié)晶程度、晶粒大小、晶體生長方式及重結(jié)晶程度等特征。膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)類型可分為以下幾種:A，

非晶質(zhì)或隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)B，

顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)(微晶結(jié)構(gòu)，鑲嵌粒狀結(jié)構(gòu)，櫛殼狀結(jié)構(gòu)，加大邊結(jié)構(gòu)，嵌晶結(jié)構(gòu))o

非晶質(zhì)或隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)膠結(jié)物為非晶質(zhì)或隱晶質(zhì)

時，在偏光顯微鏡下沒有光

性或隱約顯光性，通常是蛋

白石、膠磷礦等膠體沉淀.

顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)膠結(jié)物結(jié)晶很好，晶體形態(tài)清楚，在偏光下光性特征

典型?？尚纬捎谡麄€成巖作

用階段。顯晶結(jié)構(gòu)可進一步劃分:A,

微晶結(jié)構(gòu),B,

鑲嵌粒狀結(jié)構(gòu),C,

櫛殼狀結(jié)構(gòu),D,

加大邊結(jié)構(gòu),E,

嵌晶結(jié)構(gòu),A.

微晶結(jié)構(gòu)：膠結(jié)物晶體細小<5μ),

多個晶體疊置起來才能達到普遍巖石薄片的厚度，因而在偏光顯微鏡下

見到的只是該晶體集合體的特征。B.

鑲嵌粒狀結(jié)構(gòu)(Poikilotopic

texture)膠結(jié)物晶體比較粗大，在一個粒間孔內(nèi)有兩個以上膠結(jié)物晶體彼此鑲嵌。C.

櫛殼狀結(jié)構(gòu)(Ctenoid

texture)膠結(jié)物晶體呈針狀、錐狀、柱狀或片狀、板狀垂直被膠結(jié)顆粒表面生長，在薄片中，它們的長軸

彼此平行或大體平行，又稱叢生狀結(jié)構(gòu)。粘土、綠泥石等硅酸鹽和文石、鎂方解石、方解石等碳酸鹽可形成這種結(jié)構(gòu)。櫛殼狀結(jié)構(gòu)纖維狀等軸狀板狀櫛殼狀結(jié)構(gòu)又稱共軸增生狀結(jié)構(gòu)，即膠結(jié)物與被膠結(jié)顆粒的成分相同、晶格連續(xù)，就好像

被膠結(jié)顆粒向著粒間邊緣向

外加大一樣。這種膠結(jié)物稱

為顆粒的自生加大邊。D.加大邊結(jié)構(gòu)(Enlargement

texture)加大邊結(jié)構(gòu)E.

嵌晶結(jié)構(gòu)(Poikilotopic

texture)在一個光性一重晶石、沸石等膠結(jié)物易形成這種結(jié)構(gòu)。又稱連晶結(jié)構(gòu)，膠結(jié)物晶體粗大，多個顆粒鑲嵌致的大晶體內(nèi)。方解石、石膏、硬石膏、第二世代:

晶粒狀第三世代:嵌晶狀第一世代:

櫛殼狀膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)>膠結(jié)物可具有世代性>直接附著在顆粒表面的膠結(jié)物通常為第一世代，以后的世代就逐漸遠離顆粒而向粒間孔中心發(fā)展>在碳酸鹽巖中，世代性更發(fā)育，可形成2-3個世代且主要是由同種礦物(方解石)的不同結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出來的>通常第一世代為櫛殼狀，第二世代為粒狀，在上述兩個世代的基礎(chǔ)上，有時還可在粒間孔中央出現(xiàn)更為粗大的第三世代第三世代:

嵌晶狀交結(jié)物第二世代:晶粒狀交結(jié)物第一世代:

櫛殼狀交結(jié)物第二世代:

晶粒狀第三世代:嵌晶狀第一世代:

櫛殼狀3.溶蝕和交代作用溶蝕:

沉積物、膠結(jié)物或任何已經(jīng)存在的礦物被水局部溶解.1.碎屑石英由表至里被溶蝕；2.碎屑長石順解理和表面被溶蝕；3.泥晶基質(zhì)被溶蝕灰?guī)r中的溶蝕孔(唐山,奧陶系)生物碎屑灰?guī)r中,因溶蝕而留下的微孔隙(圖中藍色部位)它對

油氣的形成極為有利.b.交代作用(Replacement)交代作用指一種礦物直接置換另一種礦物同時還保持被置換部分的大小和形態(tài)的化學(xué)過程.原礦物的溶解+

新礦物的生成交代作用還可分為以下4種類型：令.漂浮自形晶結(jié)構(gòu)令.交代殘余結(jié)構(gòu)令.交代假像結(jié)構(gòu)令.交代陰影狀結(jié)構(gòu)交代作用——

漂浮自形晶結(jié)構(gòu)：

交代礦物以其自由的結(jié)晶形態(tài)彼此分離地出現(xiàn)(或飄浮)在被交代礦

物的背景中砂巖中的菱鐵礦交代方解石連晶膠結(jié)砂屑灰?guī)r中六方柱狀石英交代方解石；泥晶灰?guī)r中菱面體白云石交代方解石。1.物；

2.

3.2011-12-7Page

58交代作用——漂浮自形晶結(jié)構(gòu)泥晶灰?guī)r中菱面體白云石交代泥晶方解石白云石晶體的SEM圖像2011-12-7Page

59交代作用——交代殘余結(jié)構(gòu)：

顆粒、基質(zhì)或膠結(jié)物礦物被交代礦物集合體部分置換，而另一部分則殘留，交代和被交代礦物之間有一個不規(guī)則的蠶

食狀分界面。2011-12-7Page

60腹足類泥晶殼被交代為粒狀方解

石，僅有部分殘余交代作用——交代假象結(jié)構(gòu)：

交代礦物選擇性地完全置換了被交代顆?；虻V物晶體形成了假象或假

晶。1.方解石交代碎屑長石而具有長石假像；

2.粘土礦物交代長石而具有長石假像同時殘留有長石的解理；3.玉髓交代腕足碎片和鮞粒而具有腕足和鮞粒假像同時殘留原始的結(jié)構(gòu)特點；4.方解

石交代石膏而具有石膏假象(也可由溶解一充填形成)2011-12-7Page

622011-12-7

腕足殼被玉髓和石英交代，仍保留腕足殼的假