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成岩作用

归档日期:09-14       文本归类:成岩作用      文章编辑:爱尚语录

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  成岩作用(diagenesis)是指在一定压力、温度的影响下,由松散的沉积物转变为沉积岩的过程。成岩作用多发生在地下几千米以内的地质环境中,成岩作用的主要方式有:压实作用、胶结作用、重结晶作用和新矿物的生长。

  通常所说的成岩作用是指沉积物沉积后至岩石固结,在深埋环境下直到变质作用之前发生的物理、化学的变

  化,以及埋藏后岩石又被抬升至地表或接近地表的环境中所发生的一切物理、化学变化。直到固结为岩石以前所发生的一切物理的和化学的(或生物)变化过程。

  一般包括沉积物的压实作用、胶结作用、交代作用结晶作用淋滤作用水合作用和生物化学作用等。这些作用通常是在压力、温度不高的地壳表层发生的

  等气体 ,促使碳酸基矿物溶解成重碳酸盐,高价氧化物还原成低价硫化物,酸性氧化环境变为碱性还原环境。此时沉积物质发生重新分配、组合,胶体矿物脱水陈化、压缩胶结,最终固结为岩石。成岩作用一词最早由德国学者C.W.冈贝尔(1868 )提出,各国学者对这一名词所赋予的含义并不完全一致。

  成岩作用一般分为四个阶段:同生阶段、成岩阶段、后生阶段和表生成岩阶段。

  是指沉积物沉积下来与底水脱离接触之前;介质一般为中-酸性,氧化条件;形成海绿石、钙十字沸石、铁锰结核等矿物。还可以形成底栖生物钻孔、生物扰动及变形结构。

  是指沉积物与底水脱离接触,但粒间水可以自由运动的时期;介质呈弱碱性-碱性,还原条件。形成球状黄铁矿、玉髓、粘土矿物结晶等组合。形成成岩结核。

  是指沉积物已经固结成坚硬岩石,粒间水已成为囚水,直至岩石变质之前;介质呈碱性,弱还原条件。形成自生长石、石英。形成后生结核。

  是指岩石被抬升至地表潜水面以下,在渗透水和浅部地下水的影响下发生变化的时期。介质成弱酸性-酸性,氧化-弱还原条件,具溶蚀、交代、以及重结晶结构。形成粘土和硅质矿物、氧化矿物、碳酸盐、硫酸盐矿物。以及表生结核、细脉等。

  疏松沉积物经过一定的物理、化学、生物化学以及其他的变化和改造(如水分挤出、孔隙度减小、密度加大、胶结、重结晶、化学成分变化形成新矿物等),变成沉积岩的过程称为成岩作用。成岩作用是沉积岩形成的最后阶段。沉积物的成岩作用是很复杂的,主要包括以下几个方面。

  由于上覆沉积物逐渐增厚,压力也不断增大,因此,沉积物中的附着水逐渐排出,颗粒间的孔隙减少,体积缩小,颗粒之间的联系力增强,进而使沉积物固结变硬,这就是压实作用(compaction)。压实作用是黏土沉积物成岩作用的主要方式,例如新鲜的黏土沉积物孔隙度可达80%,压实成页岩后孔隙度可减少至20%甚至更小。

  随着压力的增大,温度也有增加。在温度和压力作用之下,沉积物不仅排出颗粒之间的附着水,而且许多含水胶体和含水矿物也会产生失水作用而变为新矿物,例如,蛋白石变为玉髓,褐铁矿变为赤铁矿,石膏变为硬石膏等。矿物失水也可引起沉积物体积收缩现象。

  填充在沉积物孔隙中的矿物质将分散的颗粒粘结在一起称为胶结作用(cementation)。最常见的胶结物质成分是硅质、钙质、铁质、黏土质等。这些物质是与沉积物同时形成的,或者是在成岩过程中形成的新矿物,也可以是后来地下水带来物沉淀的。胶结作用是碎屑沉积物成岩作用的主要方式,如砾石和砂被胶结后形成砾岩和砂岩。

  沉积物受温度和压力影响重新结晶,使非结晶物质变成结晶物质,使细粒结晶物质变成粗粒结晶物质,这个过程称为重结晶作用(recrystallization)。一般说,颗粒细、易溶解的沉积物,容易产生重结晶作用。重结晶后,沉积物孔隙减少,密度增大,形成坚硬岩石。重结晶作用是各类化学沉积物和生物化学沉积物成岩作用的主要方式。

  另外,当各种风化剥蚀物质被搬运到新环境中沉积时,常常随着环境特点(例如气候千湿变化、氧化还原条件等)的改变而发生变化形成新的矿物或新的矿物组合。如还原环境可以使高价化合物转变为低价化合物等等。因此,在成岩作用过程中,不仅沉积物的物理特征会发生变化,而且其化学成分也可通过氧化作用、还原作用、交代作用等发生改变。

  沉积岩形成后还将发生一些变化。沉积岩形成以后,到风化作用和变质作用以前,这一漫长阶段发生的变化称为后生作用(epidiagenesis)。后生作用方式主要有胶体陈化、重结晶作用、淋滤和溶解作用、水化作用、压溶作用、结核作用。

  成岩作用和后生作用阶段的一些作用可使岩石(或沉积物)中孑L隙度降低,另一些作用使岩石中的孔隙度增加。因此,成岩作用和后生作用对油气储集和油气开发起着重要的作用,是石油地质学及开发地质学研究的重要内容之一。

  钱建平编著. 基础地质学国家级精品课程建设项目、基础地质学国家级精品资源共享课建设项目、基础地质国家级实验教学示范中心建设项目 基础地质学教程. 北京:地质出版社, 2014.06.

  陆廷清主编,地质学基础 第2版,石油工业出版社,2015.07,第80页

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