08碎屑沉积物的沉积后作用.ppt

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1、第八章 碎屑沉积物的沉积后作用 （Postsedimentary process of clastic sediments ）,第一节 压实和压溶作用 第二节 胶结作用 第三节 交代作用 第四节 重结晶作用和矿物的多形转变 第五节 溶解作用与次生孔隙 第六节 碎屑岩成岩阶段划分及主要标志,碎屑沉积物的沉积后作用（广义的成岩作用Diagenesis）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。其所经历的整个地质时期称为沉积后作用期。为了研究的方便，该时期可进一步划分为若干个亚时期或亚阶段。 狭义的碎屑岩成岩作用主要有压实和压溶作用、

2、胶结作用、交代作用、重结晶作用、溶解作用、矿物多形转变作用等，它们都是相互联系和互相影响的，其综合效应影响和控制了碎屑沉积物（岩）的发育历史、作为储集岩时的物性（孔隙度、渗透率）特征。沉积后作用研究是储层评价中一项非常重要的内容。,碎屑沉积物的沉积后作用概念,第一节 压实和压溶作用,一、压实作用（重点） 压实作用系指沉积物沉积后在其上覆水层或沉积层的重荷下，或在构造形变应力的作用下，发生水分排出，孔隙度降低，体积缩小的作用。压实作用在沉积物埋藏的早期阶段表现得较为明显。 压实作用的影响因素主要有：颗粒的成分、形状、圆度、粗糙度分选性等.,机械压实作用类型示意图,机械压实作用实例,第一节 压实和

3、压溶作用,二、压溶作用 1、压溶作用的概念、机理、现象 沉积物随埋藏深度的增加，碎屑颗粒接触点上所承受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时，颗粒接触处的溶解度增高，将发生晶格变形的溶解作用。随着颗粒所受应力的不断增加和地质时间的推移，颗粒受压溶处的形态将依次由点接触过渡为线接触、凹凸接触和缝合线接触。,颗粒的接触类型示意图,在正常的地温梯度条件下，石英大约在5001000m深处发生压溶和次生加大现象，压溶作用的最大深度可延续至6000m。,第一节 压实和压溶作用,压溶作用可用里斯基（Riecke）原理来解释，即固体的溶解度随着直接压力的增加而增大。在同一固体表面的一

4、部分比其余部分受到较大的压力（P），那么该固体受压表面（C）与非受压表面（C0）的溶解度（饱和浓度）的比值为： Ln（C/ C0 ）= P（V0：固体物质的克模体积） 砂岩中，颗粒接触点上的压力（G）高于孔隙空间内的静水压力（P），其压差为P=G-P，若有一液体薄膜介于相接触的颗粒之间，按上述方程，薄膜内的饱和浓度（C）比孔隙中的浓度（C0）大。如果浓度差导致溶解组分从接触膜扩散到孔隙空间的话，就会产生压溶作用。,第一节 压实和压溶作用,2、压溶作用的影响因素 水膜： 粘土膜： 压溶作用为硅质胶结物提供了大量氧化硅，是石英、长石等矿物次生加大和颗粒间相互穿插接触的主要因素。此外，在压溶作用过程

5、中，随着矿物的溶解，尚有Al、Na、K、Ca等元素进入孔隙水，从而引起岩石中各种物质的重新分配。,第一节 压实和压溶作用,一、概述 1. 概念：胶结作用是指从孔隙溶液中沉淀出矿物质（胶结物），将松微的沉积物固结起来的作用。胶结作用是沉积物转变成沉积岩的重要作用，也是使沉积层中孔隙度和渗透度降低的主要原因之一。 2. 胶结物的种类：种类很多，最常见的是氧化硅和碳酸盐。其它较常见的有：氧化铁、石膏、硬石膏、重晶石、磷灰石、萤石、沸石黄铁矿、自生粘土矿物等。 3. 机理：孔隙中沉淀大量胶结物，孔隙流体系统是不封闭的，有饱和流体不断补给。,第二节 胶结作用,二、分述 1. 粘土矿物胶结物： 常见的自生

6、粘土矿物胶结物有高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石。 高岭石：多呈假六边形晶片，集合体呈书页状或蠕虫状，以孔隙充填或交代其它矿物，或以坍塌矿物的包体产出。 伊利石：常呈不规则的细小晶片产出，其集合体通常呈颗粒包膜或孔隙衬边形式出现，有时呈网状分布于孔隙中。,第二节 胶结作用, 绿泥石：多呈颗粒包膜或孔隙衬边形式产出。 蒙脱石：自生蒙脱石主要见于一些含火山物质较丰富的砂岩中。 混层粘土矿物： 2. 氧化硅胶结作用 氧化硅胶结物以非晶质和晶质两种矿物形态出现于碎屑岩中，非晶质氧化硅胶结物为蛋白石，晶质氧化硅有方英石，玉髓和石英。 SiO2胶结物的来源主要有以下几类： i. 来源于地表水和地下水,第二节

7、 胶结作用,ii. 来源于硅质生物骨骼的溶解 iii. 来自于碎屑石英的压溶作用 iv. 来源于粘土矿物的成岩转化作用 v. 来源于火山玻璃去玻化和蚀变成粘土矿物或沸石类矿物过程中析出的SiO2 。 vi. 来源于海底火山喷发。 3. 碳酸盐胶结作用 碳酸盐是最常见的胶结物包，括方解石、文石、白云石、菱铁矿、菱镁矿等，其中分布最广和最常见的是方解石，其次为白云石。,第二节 胶结作用,4、长石胶结物：自生长石是碎屑岩中一种常见的自生矿物，主要为钾长石和钠长石，呈次生加大或或小的自形晶体。 5、沸石胶结物：碎屑岩常见的沸石类胶结物有方沸石、片沸石、浊沸石及斜沸石等。常见于富含火山碎屑和长石的砂岩中

8、，常是火山碎屑和长石与地下水相互作用的产物。反应式为： CaAl2Si2O8（钙长石）+ 2SiO2 CaAl2Si4O12.4H2O（浊沸石） 6、硫酸盐胶结物：主要为石膏和硬石膏，其次为天青石和重晶石。 7、赤铁矿胶结物 8、黄铁矿胶结物 9、海绿石,第二节 胶结作用,交代作用是指一种矿物代替另一种矿物的现象，交代作用可以发生于成岩作用的各个阶段及至表生期。交代作用的实质是化学平衡及平衡转移问题，当体系内的物理、化学条件（温度、压力、pH值、Eh值、浓度、流体成分） 发生变化时，原来稳定的矿物、矿物组合将便得不稳定，发生溶解、迁移或原地转化，形成在新的物理、化学条件下稳定存在的新矿物或矿物

9、组合。 一、碎屑岩中常见的交代作用 1、氧化硅与方解石的相互交代作用 当pH值在9以下，氧化硅的溶解度保持不变，但方解石在pH8 的溶液中是非常易溶的，这时碎屑岩中的方解石将被溶解，孔隙溶液中的氧化硅将沉淀，即发生硅化作用，出现石英交代方解石的现象。当pH 9.8时，发生氧化硅的溶解和方解石的沉淀，出现方解石交代石英和石英颗粒被溶蚀的现象。,第三节 交代作用,pH值与方解石、非晶质SiO2和石英的溶解度关系图,方解石交代石英的化学过程,第三节 交代作用,2、方解石对长石的交代作用 主要是方解石或其它碳酸盐矿物交代钾长石，交代斜长石的现象较少见到。 3、方解石交代粘土矿物 在含粘土杂基的砂岩中，

10、粘土矿物常被碳酸盐矿物交代。有利于方解石交代粘土矿物的pH值接近或大于8。 4、粘土矿物与长石的交代作用 在CO2分压较高和pH值较低（约等于5）的酸性环境中斜长石被粘土矿物交代，即发生高岭石化。 5、各种粘土矿物之间的交代作用 在不同pH值情况下，粘土矿物之间可以发生相互交代。 6、方解石、白云石和菱铁矿的相互交代作用 7、粘土矿物对石英的交代作用 在杂砂岩中常见粘土矿物，尤其是伊利石溶解，交代石英和长石的现象。,第三节 交代作用,显微镜下各种交代作用现象,高岭石,碳酸盐,碎屑颗粒,高岭石交代颗粒 碳酸盐交代高岭石,二、交代作用的标志 1、矿物假象：交代矿物具有被交代矿物的假象； 2、幻影构

11、造：矿物发生交代后，原生颗粒只留下模糊的轮廓称为幻影，其内部结构甚至边缘已消失，但含有被交代矿物的包体； 3、残留的矿物包体：外面的矿物是交代矿物，里面的矿物是被交代的矿物； 4、交叉切割现象：矿物或颗粒被自形晶体或镶嵌结构的晶体切或溶蚀。,第三节 交代作用,第四节 重结晶和矿物多形转变,重结晶作用和矿物的多形转变主要发生在胶结物中。 碳酸盐胶结物的重结晶作用，可使砂岩的胶结物形成特征的连晶或嵌晶结构。 矿物的多形转变是一种复杂的广义的重结晶作用。一般情况下，当一种矿物转变为另一种更稳定的矿物相时，只发生晶格、形状及大小的变化。在碎屑岩成岩作用过程中，最常见的是文石胶结物向方解石胶结物的转化，

12、以及非晶质氧化硅的蛋白石向玉髓及石英的转化。,第五节 溶解作用与次生孔隙,一、溶解作用的机理与现象 砂岩中的任何碎屑颗粒、杂基、胶结物和交代矿物（后两者统称为自生矿物），包括最稳定的石英和硅质胶结物，在一定的成岩环境中都可以不同程度地发生溶解作用。溶解作用的结果形成了砂岩中的次生孔隙。 二、孔隙的类型 碎屑岩的孔隙按成因分为原生孔隙和次生孔隙。原生孔隙主要为碎屑颗粒的粒间孔隙，也包括层间孔及气孔。次生孔隙是指在沉积岩形成后，因淋滤、溶蚀、交代溶解及重结晶等作用在岩石中形成的孔隙和缝洞。,三、次生孔隙的类型及识别标志 碎屑岩次生孔隙按成因可分为溶解孔隙、破裂孔隙和收缩孔隙。溶解对象可分别为碎屑颗

13、粒、杂基、自生胶结物或自生交代矿物。 次生孔隙的微观识别标志有： 胶结物部分溶解； 印模； 颗粒的不均一排列； 特大（超粒）孔隙； 漂浮颗粒； 伸长状（贴粒）孔隙； 颗粒部分溶解； 晶内孔隙； 粒内溶孔以及颗粒及岩石中的破裂缝。,东营凹陷古近系砂岩次生孔隙识别标志,第五节 溶解作用与次生孔隙,四、碎屑岩储层的孔隙结构研究： 碎屑岩孔隙结构是指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其连通状况。研究孔隙喉道主要运用毛管压力曲线和孔隙铸体。 利用毛管压力曲线可以求出孔喉分布、平均孔喉半径、最大孔喉半径、孔喉分选性等参数。用岩石铸体薄片及孔隙铸体可以研究孔隙结构、孔隙的成因类型，得到面孔率、孔

14、隙分布、平均孔隙直径及孔喉直径比等参数。,第五节 溶解作用与次生孔隙,碎屑岩孔隙结构毛管压力曲线,第六节 成岩阶段划分及标志,成岩阶段的分析有助于了解岩石的形成和演化历史，以及形成时的地球化学环境，对于油气的生成和运移的研究也有很大帮助。成岩阶段的确定，是预测油气生成、评价储集条件的重要依据，对于确定一个地区的勘探目的层有着重要意义。 对成岩阶段的划分及所使用的术语，目前还比较混乱，下面介绍石油行业“碎屑岩成岩阶段划分及标志”（SY/T 54772003）的一些内容。 一、成岩阶段的划分和命名 1. 同生阶段 2. 早成岩阶段：A亚期 B亚期 3. 中成岩阶段： A亚期 B亚期 4. 晚成岩阶

15、段： 5.表生阶段,二、各成岩阶段的主要标志,（一）同生成岩阶段的主要标志 同生成岩阶段的主要标志有： 1）岩石（沉积物）疏松，原生孔隙发育； 2）海绿石主要形成于本阶段； 3）鲕绿泥石的形成； 4）同生结核的形成； 5）沿层理分布的微晶及斑块状泥晶菱铁矿； 6）分布于粒间及粒表的泥晶碳酸盐，有时呈纤维状及微粒状方解石； 7）有时有新月形及重力胶结； 8）在碱性水介质（盐湖盆地）中析出的自生矿物有粉末状和草莓状黄铁矿、他形粒状方沸石、基底式胶结或斑块状胶结的石膏、钙芒硝，可见石英等硅酸盐矿物的溶蚀现象等。,第六节 成岩阶段划分及标志,（二）淡水半咸水介质湖盆碎屑岩成岩阶段划分及主要标志 1.

16、早成岩阶段 (早成岩阶段分为A、B两期) A 早成岩阶段A期 （1）古温度范围为古常温至65。 (2）有机质未成熟，其镜质组反射率RO0.35，最大热解峰温Tmax430OC，孢粉颜色为淡黄色，热变指数TAI2.0 （3）岩石弱固结一半固结，原生粒间孔发育。 （4）泥岩中富含蒙皂石及蒙皂石层占70以上的伊利石/蒙皂石（I/S）无序混层粘土矿物（有序度R=o），统称蒙皂石带。 （5）砂岩中一般未见石英加大，长石溶解较少，可见早期碳酸盐胶结（呈纤维状、栉壳状，微粒状）及绿泥石环边，粘土矿物可见蒙皂石、（I/S）无序混层矿物及少量自生高岭石。,第六节 成岩阶段划分及标志,B 早成岩阶段B期 （1）古

17、温度范围为6585OC。 （2）有机质半成熟，镜质组反射率RO为0.35一0.5，最大热解峰温Tmax为430OC 435OC，孢粉颜色为深黄色，热变指数TAI为2.02.5。 （3）由于压实作用及碳酸盐类等矿物的胶结作用，岩石由半固结到固结，孔隙类型以原生孔隙为主，并可见少量次生孔隙。 （4）泥岩中蒙皂石明显向伊利石/蒙皂石（IS）混层粘土矿物转化，蒙皂石层占50一70，属无序混层（有序度R=0），称无序混层带。 （5）砂岩中可见I级石英次生加大，加大边窄或有自形晶面，扫描电子显微镜下可见石英小雏晶，呈零星或相连成不完整晶面，书页状自生高岭石较普遍，有的砂岩受火山碎屑颗粒的影响，仍可见蒙皂石

18、。 （6）在有的砂岩基质中有云雾状燧石。 （7）可见一些矿物交代和转化现象。,第六节 成岩阶段划分及标志,2.中成岩阶段 A 中成岩阶段A期 1）古温度范围为85140 。 2）有机质低成熟一成熟，镜质组反射率RO为0.51.3，最大热解峰温Tmax为435460，孢粉颜色为桔黄一棕色，热变指数TAI为2.53.7。 3）泥岩中的伊利石蒙皂石（IS）混层粘土矿物，蒙皂石层占1550，其中3550属部分有序混层（有序度R=0R=1），1550属有序混层（R=1），在某些有火成岩侵入的地层中或富含火山碎屑物质的岩石中，蒙皂石和伊利石/蒙皂石（I/S）混层粘土矿物的转化和分布有时出现异常，应综合其他

19、指标进行成岩阶段划分。 4）砂岩中可见晚期含铁碳酸盐类胶结物，特别是铁白云石，常呈粉晶一细晶，以交代、加大或胶结形式出现，还可见其他自生矿物如钠长石、浊沸石、片沸石、方沸石等。,第六节 成岩阶段划分及标志,5）石英次生加大属级，大部分石英颗粒和部分长石颗粒具次生加大，自形晶面发育，有的见石英小晶体，在扫描电子显微镜下，多数石英颗粒表面被较完整的自形晶面包裹，有的石英自生晶体向孔隙空间生长，交错相接，堵塞孔隙。 6）砂岩中粘土矿物，可见自生高岭石、伊利石/蒙皂石（I/S）混层粘土矿物、呈丝发状自生伊利石、叶片状或绒球状自生绿泥石、绿泥石蒙皂石（CS）混层粘土矿物等，蒙皂石基本上消失。 7）长石、

20、岩屑等碎屑颗粒及碳酸盐胶结物常被溶解，孔隙类型除部分保留的原生孔隙外，以次生孔隙为主。 中成岩阶段A期，根据泥岩中伊利石/蒙皂石（IS）混层粘土矿物演化和有机质热演化特征，以蒙皂石层占35、镜质组反射率只RO为0.7或最大热解峰温Tmax为440为界，还可以细分为A1、A2两个亚期。A亚期有机质低成熟，有机酸产量高，为次生孔隙产生带。A2亚期有机质成熟，进人生油高峰，有机酸浓度降低，并由于胶结作用的出现，使物性较A1亚期略差，为次生孔隙减少带。整个中成岩A期可称为次生孔隙发育带。,第六节 成岩阶段划分及标志,中成岩阶段B期 其岩石矿物学、古温度、有机质成熟度等标志 1）古温度范围为140-17

21、5OC。 2）有机质处于高成熟阶段，镜质组反射率RO为1.32.0，最大热解峰温Tmax为460-490 OC，孢粉颜色为棕黑色，热变指数TAI为3.7一4.0。 3）泥岩中有伊利石及伊利石蒙皂石（I/S）混层粘土矿物，蒙皂石层小于15，属超点阵或称卡尔克博格有序混层（有序度R3），称 超点阵有序混层带。 4）砂岩中石英次生加大为级，特别是富含石英的岩石几乎所有石英和长石具有加大且边宽，多呈镶嵌状，高岭石明显减少或缺失，有的可见含铁碳酸盐类矿物、浊沸石和钠长石化。 5）扫描电子显微镜下，颗粒间石英自形晶体相互连接，岩石致密，有裂缝发育。,第六节 成岩阶段划分及标志,3. 晚成岩阶段 1）古温度

22、范围为175200OC。 2）有机质处于过成熟阶段，镜质组反射率RO为2.0一4.0，最大热解峰温Tmax490OC，孢粉颜色为黑色，热变指数TAI4.0。 3）岩石已极致密，颗粒呈缝合接触及有缝合线出现，孔隙极少而有裂缝发育。 4）砂岩中可见晚期碳酸盐类矿物以及钠长石、榍石等自生矿物，石英加大属级，颗粒间呈缝合状接触，自形晶面消失。 5）砂岩和泥岩中代表性粘土矿物为伊利石和绿泥石，并有绢云母、黑云母，混层已基本消失，称伊利石带或伊利石一绿泥石带。根据伊利石的结晶度，其Kubler指数（K.I）为0.25O（2）K.I0.42（2），属于晚成岩期。,第六节 成岩阶段划分及标志,（三）酸性水介质

23、湖盆（含煤地层）碎屑岩成岩阶段划分及主要标志 1. 早成岩阶段 （1）早成岩阶段A期 1）其古温度指标，有机质成熟度指标、泥岩中IS混层演化指标同表4-1中早成岩阶段A期。 2）岩石弱固结一半固结，原生粒间孔发育。 3）砂岩中自生矿物不发育，局部见少量方解石或菱铁矿，颗粒周围还可见少量绿泥石薄膜。,第六节 成岩阶段划分及标志,（2）早成岩阶段B期 1）其古温度指标、有机质成熟度指标、泥岩中I/S混层演化指标同表4-1中早成岩阶段B期。 2）由于缺乏早期碳酸盐胶结物，压实强，颗粒可呈点一线状接触，压实作用使原生孔隙明显减少。 3）砂岩中胶结物少，局部可有少量早期方解石，粘土矿物以伊利石/蒙皂石（

24、I/S）无序混层为主，还可有少量绿泥石和伊利石，在富火山碎屑的岩石中可见蒙皂石。 4）早成岩阶段B期末出现早期石英加大，有的具明显加大边，使颗粒在单偏光下观察呈线状接触，自生高岭石也相当发育，还可见少量粒内溶孔及铸模孔。 5）可见一些矿物的交代和转化现象。,第六节 成岩阶段划分及标志,2.中成岩阶段 （1）中成岩阶段A期 1）其古温度指标、有机质成熟度指标、泥岩中IS混层演化指标同表4-1中成岩阶段A期， 2）在富含石英和长石的砂岩中，自生矿物组合以石英加大和自生高岭石发育为特点，但它们的发育程度与石英、长石颗粒和填隙物的含量有关，在石英颗粒含量少而富含火山岩屑的砂岩中，另外还可见长石加大、自

25、生钠长石、方解石、菱铁矿、浊沸石、硬石膏、伊利石/蒙皂石（I/S）混层粘土矿物以及石英颗粒裂缝愈合和高岭石向绿泥石转化等现象。 3）在中成岩阶段A期后期，水介质开始由酸性向碱性转变，出现含铁方解石、铁白云石等晚期碳酸盐的胶结、交代作用，使孔隙度下降。 4）颗粒间主要呈线状接触，少量凹凸接触。 5）除部分碳酸盐溶解外，以长石和火山岩屑颗粒溶解为主，形成粒内溶孔、铸模孔等次生孔隙，岩石具孔径大喉道窄的特征，另外还可见裂缝。 参照淡水一半咸水水介质碎屑岩中成岩阶段A期，可以分为A1、A2两个亚期。,第六节 成岩阶段划分及标志,（2）中成岩阶段B期 1）其古温度指标、有机质成熟度指标、泥岩中伊利石蒙皂

26、石（I/S）混层演化指标同表4-1中成岩阶段B期。 2）砂岩中的自生矿物以铁方解石、铁白云石发育为特征，以交代作用为主，石英加大可达III级，有的还可见长石加大以及榍石、硬石膏、重晶石等。 3）砂岩中高岭石、伊利石蒙皂石（I/S）混层粘土矿物含量下降，伊利石、绿泥石含量升高，成为主要粘土矿物类型。 4）孔隙类型以裂缝为主，少量溶孔。 5）颗粒间呈线一凹凸状接触或缝合状接触。,第六节 成岩阶段划分及标志,3. 晚成岩阶段 1）其古温度指标、有机质成熟度指标、泥岩中I/S混层演化指标同表4-1晚成岩阶段。 2）砂岩中自生矿物为铁白云石、石英加大（可达级）、少量榍石等，粘土矿物有绿泥石、伊利石、黑云母挤压变形，有的被菱铁矿交代或伊利石化。 3）孔隙类型以裂缝为主，少量长石岩屑溶孔。 4）颗粒间呈线一缝合状接触，有的可见石英颗粒压裂及愈合现象。,第六节 成岩阶段划分及标志,