第二章碎屑岩的主要成岩作用资料.课件.ppt

1、第二章 碎屑岩的主要成岩作用关键问题： 各种成岩矿物和成岩现象的识别及其形成条件? 砂岩、泥岩的成岩变化及其对储集性能的影响?次生孔隙的形成机理及特点？第一节 压实作用一、机械压实作用1. 定义 机械压实是指沉积物在上覆重力及静水压力作用下，发生水分排出，碎屑颗粒紧密排列，软组分挤入孔隙，使孔隙体积缩小，孔隙度降低，渗透性变差的作用。结果引起除骨架颗粒溶解之外的岩石总体积的减小。 颗粒间接触由点线，随深度加大而变紧密。 塑性变形。火山岩屑、泥质岩屑、云母等柔性组分 变形呈假杂基挤入颗粒空间。 破裂。刚性颗粒发生破裂，出现小裂缝。 颗粒定向排列，石英拉长具优选方位。2. 机械压实的表现形式点状接

2、触线状接触机械压实刚性颗粒破裂 石英、长石以线状接触为主石英、长石以线状接触为主 黑云母挤压变形呈假杂基黑云母挤压变形呈假杂基脆性矿物破裂脆性矿物破裂后被方解石充填泥岩岩屑挤入颗粒呈假杂基泥岩岩屑挤入颗粒呈假杂基石英颗粒呈半定向排列石英颗粒呈半定向排列主要是降低孔隙度，使岩石体积缩小。3. 机械压实对储集性能的影响Bread和Wegl（1973）在实验室按不同分选等级以人工排列方式研究砂岩原始孔隙度Fraser（1935）、Graton和Fraser（1935）： 提供了粒度、分选和颗粒排列对孔隙的影响，证明了孔隙度与粒度无关，却随分选程度变差而大大降低，菱面体排列最低，为25-95，立方体最

3、好，为47.64。 分选极差的：27.9% 分选较差的：30.7 分选中等的：34 分选较好的：39 分选好的： 40.8 分选极好的：42.4 平均孔隙度在点砂坝中为1752 （分选较差中等），海滩砂中为39 56，风成砂中为4255，障壁 岛砂中4045（25个样）。Fchtbauer（1967）： 分选较好以上的砂岩在压实前平均 有40的孔隙度，一般最低降为26。Pryor（1973）： 不同成分砂岩压实效应不同。施密特指出：“杂七杂八堆积的陆源碎屑经过机械压实作用，颗粒略呈定向，减少了原生孔隙。脆性颗粒经过压实，破裂成碎块，堵塞了小孔隙，总孔隙度减少，柔软的塑性颗粒经过压实，部分被挤进

4、粒间，堵塞了孔隙。如果柔性颗粒经过压实变成假杂基充填于颗粒之间，那么，体积缩小5，孔隙度可由35.5减至2 ” 。 压溶是指在压应力作用下，由骨架颗粒在接触点的溶解所引起的岩石总体积的减小过程。二、化学压实作用（压溶作用）1. 定义2. 压溶的表现形式 石英自生加大 颗粒呈凹凸、缝合接触石英自生加大颗粒凹凸状接触压溶的表现形式石英自生加大颗粒呈凹凸、缝合接触Riecke：3. 压溶的机理 与压力有关 与压力无关Robin (1978) ：J.M.Hamcock（1978）：A. Thomson（1959）：F 颗粒接触点上压力高于孔隙处压力， 互相接触的颗粒之间存在液体薄膜， 薄膜内与孔隙中的

5、饱和浓度差导致压溶。F 粒间界面与孔隙中流体的压力不等，压 力差产生的化学位足以使石英溶解、迁 移、沉淀。 埋藏深度、粒径、颗粒形状 和颗粒填集在压溶中必定起作用。F 颗粒溶解取决于孔隙溶液与颗粒边缘某 些物质的触媒作用，压力不是决定因素。F 颗粒接触点上粘土膜在富CO2孔隙水作 用下游离出K2CO3，形成碱性微环境， 使氧化硅溶解度增加，属矿物化学反应。 降低非塑性颗粒砂岩的体积，如果说压实作用使孔隙度降为26，那么压溶可进一步使其降低到40以下。 压实作用、压溶作用均使砂岩孔隙度降低。4. 压溶对储集性能的影响Housekecht 定量分析：（纵）原始孔隙度百分比1004040粒间体积粒间

6、体积用岩石总体积的百分数表示（横）胶结物百分比10040胶结物胶结物是指现存胶结物体积，用岩石体积百分数表示 粒间孔隙度粒间体积胶结物第二节 胶结作用 胶结作用是自生矿物的沉淀堵塞粒间体积的过程，它与岩石总体积的减小无直接关系。胶结作用总是导致粒间孔隙度降低，但有些情况下又为溶解作用提供物质基础。确定胶结顺序的标志：F 胶结物世代向着孔隙中心逐渐变新，孔隙周围或喉 道上的胶结物早于孔隙中间的胶结物。F 交代早期胶结物的矿物形成时间较晚F 石英运移导致成岩作用中断F 无胶结的孔隙度高的岩石中胶结物充填的早F 胶结顺序应考虑成岩最初出现的深度和温度F 常见的胶结顺序：铝硅酸盐（粘土、长石）石英 碳

7、酸盐及硫酸盐氯化物一、碳酸盐的胶结作用1. 胶结物种类：方解石、白云石、铁方解石、铁白云石、菱铁矿。2. 鉴别方法：方解石 ( 0-0.5% FeO )：红色； 铁方解石(0.5-1.5% FeO)：紫红色铁方解石(1.5-2.5% FeO)：紫蓝色； 铁方解石(2.5-3.5% FeO)：深蓝色铁白云石：蓝绿色显微镜下鉴定：晶形、双晶与解理的关系、交代关系 染色：推荐用茜素红S和铁氰化钾混合液染色： 0.2克茜素红S100毫升蒸馏水3毫升浓盐酸 2克铁氰化钾 100毫升蒸馏水3毫升浓盐酸 以3：2比例混合，染色3040秒 3. 形成条件： 孔隙水中含有一定量的碳酸钙（如生物壳的溶解） 化学结

8、构影响溶解度（文石、高镁方解石易溶、最终 形成纯亮晶方解石） PH值升高（9）使溶解度降低引起沉淀 CO2分压降低，利于沉淀 温度升高，利于沉淀 Ca2活度增加，利于沉淀 方解石出现在所有环境下：50，盐度2.6-3.8%，PH9， 一般形成于成岩早期 白云石常与方解石共生，温度升高， Ca2 /Mg2比值 低有利于白云石沉淀。由于CaCO3沉淀从蒸发水中消耗 Ca2而导致Ca2 /Mg2比值降低，随后白云石从富镁溶 液中沉淀出，导致白云石化。镁离子也可来自蒙脱石向 伊利石转变，如果遇上铁离子可形成铁白云石。 菱铁矿代表还原条件，形成于地表泥炭沼泽或地下富有 机质沉积中。 还原条件下，如有铁离

9、子存在，当CO2分压105，PH=6- 7时出现菱铁矿；当CO2分压减少，PH7时，出现方解石， Mg/Ca大或淡水条件下形成白云石。 方解石与白云石胶结顺序不固定，常见铁方解石包绕方解石现象，这是因为铁方解石晶格比方解石稳定，因此不能交代方解石，只能围绕早期方解石生长。方解石胶结物铁方解石胶结物铁方解石包绕方解石铁白云石菱铁矿胶结物发生溶蚀4. 对储集性能的影响： 呈连晶式或孔隙式充填孔隙，降低岩石物性，也可抵抗机械压实作用。但较易溶解，产生的次生孔隙可以大大改善储层储集性能。 Schmidt 和 Mc Donold（1979) 认为，在碳酸盐发育地区，溶解了的碳酸盐可向上迁移，胶结更高层位

10、的砂岩，从而形成多个次生孔隙发育带。二、自生粘土胶结1. 常见类型：高岭石、蒙脱石、伊利石、伊/蒙混层、绿/ 蒙混层、绿泥石等。识别方法：偏光显微镜、电镜扫描和X光衍射 产 状： 孔隙衬垫（粘土包壳），粘土集合体以一种 特定排列方式垂直或平行碎屑颗粒表面，孔 隙衬垫沿颗粒表面向外生长，并与相邻颗粒 衬垫连生，多数被后来胶结作用封闭。 孔隙充填：堵塞孔隙 交代：替代碎屑颗粒，分布于颗粒表面 裂缝或晶洞充填粘土包壳2. 粘土胶结物的种类及特征高岭石：Al2(OH)4Si2O5F 电镜下可清楚显示书页状、六方板状、蠕虫状， 是一种靠大陆的近滨地带沉积的指示剂。风化带 中的高岭石是无序的，但自生高岭石

11、是有序的， 外形呈蠕虫状。F 随埋深加大，孔隙水中离子浓度发生变化，孔隙 水变为碱性，此时若有K 、Al 离子存在，则变 为伊利石；若有Mg、Al离子存在，则变为绿泥石。F d(001)=7.15 d(002)=3.56-3.58 d(003)=2.38F在酸性孔隙水条件下，高岭石变成叶腊石的温度约 为 300 ，变成地开石约200 ，变成珍珠陶土要 求压力条件要大些。高岭石稳定范围为25-300 , 压力约0.01-0.2Gpa, 一般中成岩末期消失。高岭石：Al2(OH)4Si2O5书页状高岭石书页状高岭石自生高岭石自生高岭石蒙皂石组 ( Na,Mg) H2OAl2-x(OH2Si4O10

12、)F 蒙皂石出现于富钙的、富钠的碱性离子存在的地区， 常见的种类是皂石、蛭石、海泡石和缕石。F 典型的晶形是蜂巢状，由两个四面体和一个八面体组 成2:1型含水硅酸盐。F 蒙皂石在成岩过程中向伊利石和绿泥石转化，但其间 必须经过混层阶段。F d(001)=12-15 ，加热600 9.6-10 。蒙脱石 Al2(OH)2Si4O10自生蒙脱石自生蒙脱石在火山碎屑表面分布的自生蒙脱石在火山碎屑表面分布的自生蒙脱石伊利石 KAl4(OH)4 (Al,Si7)O20F伊利石（水云母）与白云母相比K离子少，多SiO2 和 H2O。F片状、针状集合体，由2个四面体加一个八面体组成。Fd(001)=10 ；

13、 d(002)=5 ；d(003)=3.3 。伊利石 KAl4(OH)4 (Al,Si7)O20：片状、毛发状绿泥石 Mg2Al(OH)6Mg3(OH)2(AlSi3)O10F 绿泥石结晶度与化学成分复杂，一般在风化带中出现 在高纬度地区。F绒球状、玫瑰花状、针状集合体均有，二个八面体加 二个四面体以2:2型构成，晶层间短，14 。Fd(001)=14.2 ；d(002)=7.1 ；d(003)=4.7 ； d (003) =3.53 ， 加热600 d(001)=13.8-14。 F蒙脱石在有Mg2的情况下可通过I/Ch混层向绿泥石转 化，早成岩期富铁，晚成岩期富镁。玫瑰花瓣状绿泥石玫瑰花瓣

14、状绿泥石针叶状绿泥石针叶状绿泥石3. 对储集性能的影响：降低孔隙度，堵塞孔隙喉道。 高岭石、绿泥石呈分散质点的孔隙充填或蒙脱石、伊利石、绿泥石呈薄膜式胶结，粒间孔为主，孔隙大，连通好；若伊利石、埃洛石呈粘土桥，则以晶间孔为主，连通差。 对开发的影响：注水可使蒙脱石和I/S膨胀，导致孔喉堵塞，如钠质蒙脱石可膨胀至600-1000倍，注水速度大可使高岭石、伊利石破碎，酸化可使绿泥石遇酸溶解，并变为Fe(OH)3沉淀，堵塞孔隙。三、沸石胶结1. 形成条件 沸石的稳定性随水化物的多少而变化，即水化物越少越稳定，这点与温度相关，沸石随成岩强度增加由多水化合物逐渐转变为水化物较少的沸石。 沸石一般是孔隙水

15、与岩石的不稳定组分相互作用的产物，不稳定组分：火山玻璃、结晶度差的粘土（蒙脱石、钙长石）、生物成因的硅质岩 形成条件：PH值高，富含SiO2、Ca2、Na、K的高矿化度孔隙水；高盐度；低CO2分压；高Ca2、Si(OH)4浓度。方沸石胶结物方沸石晶体方沸石晶体浊沸石胶结物充填粒间孔浊沸石胶结物充填粒间孔浊沸石沿斜长石解理分布浊沸石沿斜长石解理分布2. 形成环境盐碱湖、盐碱土壤：均易出现沸石，盐碱湖里PH 9， Al、Si溶解度大，如凝灰物质，几千年里就可变为沸石， 常见组合有钙十字沸石、斜发沸石、毛沸石、丝光沸 石、菱沸石。远洋沉积：最多的矿物是蒙皂石类（蒙皂石、坡缕石、 海泡石）次为沸石（钙

16、十字沸石、斜发沸石、方沸石、 丝光沸石、毛沸石），再次为蛋白石、石英，三者共存， 随成岩加强，钙十字沸石转变为斜发沸石。热液蚀变带：温度低的地带，见斜发沸石、钠沸石，随 水温增加，出现方沸石、片沸石、浊沸石，主要见于火 山碎屑岩埋藏成岩及浅变质带： a带：早期成岩阶段，出现钙十字沸石、斜发沸石、菱 沸石、钠沸石、埋深 0-2km；b带：斜发沸石、丝光沸石、毛沸石，埋深2-4km；c带：方沸石、片沸石，埋深4-5km（日本卡达油田）；d带：浊沸石、钠长石，埋深3-11km（新西兰）。 沸石的形成温度变化较大，不同地区不同井段差别较大。 沸石胶结的结果是使孔隙度降低，但也为溶解作用提供物质基础（如

17、陕甘宁浊沸石溶解）。四、硅质胶结1. 硅质胶结方式和形成条件 常见的形式是自生加大和自形晶粒，硅质胶结来孔隙水（孔隙水中硅离子浓度正常平均值为6ppm，最大达80ppm）当孔隙水中硅离子浓度超过正常值（如溶解SiO2的加入），则发生硅质沉淀。 硅质胶结有晶质和非晶质两种形态，非晶质是蛋白石（蛋白石A、蛋白石CT)，晶质为玉髓和石英。蛋白石A为均质体蛋白石CT双峰衍射图衍射图上为宽阔球状面低峰为鳞石英、高峰为方英石呈微晶球粒状，5m 非晶质SiO2溶解度高，为100-200ppm，石英溶解度在PH9时，溶解度急剧增加，但一般只有非晶质的5%（6ppm），随温度上升，非晶质SiO2溶解加快，石英溶

18、解度增加缓慢，造成利于石英沉淀的条件。 蛋白石A 蛋白石CT（通过溶解沉淀），后者硅质浓度低于前者的平衡浓度。蛋白石CT 石英 Ernst和Calvert（1969)认为是固相 转变（300，7个月；400 , 12 天；500 ，30小时变为石英） Stein和Kirkparick(1976）认为自生石 英自形程度好，所以是溶解沉淀； 随温度增加，石英和非晶质溶解度也增加，形成蛋白石CT的条件。硅质溶解度在非晶质SiO2和石英之间，由于石英结晶速度非常缓慢，因此不能马上沉淀，而蛋白石CT具较差的有序度，Si容易进入晶格中 蛋白石CT不能出现在非常老的时代，一般在前白垩纪，石英胶结一般反映埋藏

19、较深（时代较老）的地层。II级石英加大石英的自生加大2. 硅质胶结方式和形成条件 硅质生物骨骼溶解火山玻璃蚀变和土壤水 蒙脱石向伊利石转化 硅酸盐溶解（长石高岭石化） 压溶作用五、硫酸盐及硫化物胶结 硫酸盐主要指石膏，硬石膏和重晶石，它们沉淀于蒸发环境（早期成岩），如萨布哈的滩坪积。中成岩和晚成岩期的硫酸盐往往与石膏溶解和沉淀有关。石膏和硬石膏的转化是可逆的，它取决于孔隙水的盐度、温度和压力。石膏随埋深增加，增温或盐度增加即转变为硬石膏，反之，又可转化为石膏。一般情况下，硬石膏晚于白云石而早于石英，它的形成可能与在温暖、深埋的卤水中的Ca2和SiO42的活动性变化有关。 硫化物常见的是黄铁矿，

20、早期成岩者呈莓球状，中晚成岩具晶粒状。硬石膏胶结硬石膏胶结重晶石胶结重晶石胶结莓球状黄铁矿莓球状黄铁矿晶粒状黄铁矿晶粒状黄铁矿六、自生长石胶结自生钠长石和自生钾长石。1. 形成条件（ Fchtbawer）F溶液中有足够的SiO2；F足够的Na+/H +或K + /H + 活度值；F地温较高；F岩石中有粘土矿物，因Al+3不能长途搬运， 只能由粘土矿物提供。2. 特征F钠长石：9.8，CO2降低，方解石沉淀，方解石交代石英；反之则相反。 （2）方解石交代粘土 PH 8，Ca+2浓度高，多发生在成岩中晚期。 常见的交代现象（3）粘土交代石英 （4）长石高岭石化 富CO2水时，粘土可分离出碳酸钾（强

21、碱），溶解石英、长石。（5）白云石交代方解石浅层高CO2分压和PH值低酸性环境中易进行2CaAl2Si2O8+2CO2+4H2O Al4(Si4O10 )(OH)8 +2CaCO32KAlSi3O8+16H2O 2K+2Al+3+8OH -+6 H4SiO4 Al2 (OH)4Si2O5 +4SiO2 + 2K+ 2OH - + 13H2O 碳酸盐交代石英碳酸盐交代石英铁方解石交代绿泥石铁方解石交代绿泥石常见的交代现象铁白云石交代斜长石铁白云石交代斜长石常见的交代现象铁方解石交代方解石铁方解石交代方解石方解石交代浊沸石方解石交代浊沸石2.判断交代顺序的标志（1）矿物假象：溶解和沉淀同时进行，后

22、者保留前者结晶习性 ；（2）幻影结构：原生颗粒只留下模糊的轮廓，如硅化鲕粒，白 云石化生物骨骼；（3）交叉切割：交代的切割被交代的；（4）交代残留：残留的被交代。 总之，上述各种成岩作用，机械压实主要发生在中成岩较浅部位（半成熟期前，2000m以上）；压溶作用发生在中成岩的浅部（1000-2000m）；溶解作用发生在中成岩成熟期（2000m以下）和表生成岩阶段；交代作用发生于整个过程，主要在中成岩浅部到深部的上部；胶结作用与交代作用类似。铁白云石脉切穿铁方解石铁白云石脉切穿铁方解石方解石交代浊沸石方解石交代浊沸石硬石膏交代碳酸盐硬石膏交代碳酸盐粘土交代方解石粘土交代方解石第四节 砂岩的成岩作用

23、石英砂岩类的成岩作用？贫石英砂岩类的成岩变化？本节重点：中成岩阶段石英砂岩类的孔隙演化、成岩模式、孔隙演化及其与构造运动的关系？ 研究目的F提高预测多孔隙砂岩分布状况的能力，以便做好石 油勘探；F获得全面的有关砂岩储集层的矿物组成、结构组成 方面的知识，了解矿物和进入储层流体间可能发生 的化学反应和物理反应的知识；F模拟砂岩储集层中孔隙度和渗透率的分布；F研究从松散沉积物转变为固结岩石的作用(纯理论)。一、石英砂屑岩的成岩作用1.中成岩演化阶段超成熟阶段几乎无有效孔隙，但一旦地层隆升，可使储层溶解产生次生孔隙。2、孔隙度的演化被动大陆边缘的孔隙演化现存孔隙达20孔隙度的演化3.石英砂屑岩成岩模

24、式1只发生石英胶结作用的石英砂屑岩的埋藏成岩作用（据R.Hess和V.Schmidt,1984)石英砂屑岩成岩模式2 石英压溶作用与石英沉淀作用相平衡下的石英砂屑岩的埋藏成岩作用 （据R.Hess和V.Schmidt,1984)石英砂屑岩成岩模式3在压溶和无胶结作用条件下,石英砂屑岩的埋藏成岩作用 （据R.Hess和V.Schmidt,1984)石英砂屑岩成岩模式4通过碳酸盐的溶解造成次生孔隙；由于再生石英的成岩，使孔隙丧失。原始石英的成岩作用；由于碳酸盐胶结，使孔隙丧失；（据R.Hess和V.Schmidt,1984)石英砂屑岩成岩模式5 由于石英成岩作用使孔隙丧失后,早期成岩阶段和沉积的碳

25、酸盐的溶解作用 （据R.Hess和V.Schmidt,1984)石英砂屑岩成岩模式6通过碳酸盐的溶解/沉淀作用,原生孔隙转变为次生孔隙（据R.Hess和V.Schmidt,1984)4.孔隙与构造运动的关系开始向被动大陆边缘那样沉降，然后造山，地壳上升，最后又沉降。F另一条线代表水动力系统，页岩脱水不流动(上升阶段) 大气水与地下水混合大气水(地表)大气水与地下水混合(上升末与下降初) 脱水，但不如第一次强烈。F 可产生三次次生孔隙：第一次由于粘土矿物埋藏；第二次由于上升运动；第三次由于年青的沉积物里有成熟的有机质存在。（据R.Hess和V.Schmidt,1984)5.砂岩成岩阶段（据R.H

26、ess和V.Schmidt,1984) 从未成熟到成熟阶段，固结作用明显，原生孔隙基本丧失，次生孔隙生成，机械压实变为化学压实。半成熟阶段：第一相，胶结物是石英、碳酸盐及粘土矿物，碳 酸盐和长石溶解；第二相，主要为方解石、石英和粘土矿物；第三相，碳酸盐和长石溶解，次生孔隙生成，胶 结物是碳酸盐、石英、少量粘土、高岭石，化学 压实继续。砂岩各成岩阶段特征成熟阶段： 第一相，相当于上述第三相，但有钠长石，由于碳酸盐和 长石溶解产生了大量次生孔隙，因此又有机械压实和化学 压实； 第二相，含铁碳酸盐代替一般碳酸盐，胶结物是石英和钠 长石，粘土矿物变为绿泥石和伊利石，仍有碳酸盐和长石 溶解，但较弱，化学

27、压实继续； 第三相，出现石英、绿泥石、伊利石，化学压实为主，次 生孔隙仍出现，但数量减少。 二、贫石英砂岩的成岩作用 盆地沉降5000英尺(1.5km)，石英砂岩未成熟末，但火山岩屑砂岩则在1km达到；半成熟阶段对于石英砂岩是2.5km，而火山岩岩屑砂岩主要1.5km；成熟带石英砂岩埋深为2.5-8km，而火山岩屑砂岩只有5km，长石砂岩的埋深处于两者之间。贫石英砂岩的成岩演化 开始砂岩的孔隙度较高，经机械压实、化学压实、自生矿物胶结作用后，孔隙度随成岩作用变化非常快，孔隙一般保存到4000m左右，这是因为贫石英砂岩中常是柔性组分，易被压实。粘土矿物水化（包括沸石化）比石英砂岩中重要的多，因此

28、有更多的粘土矿物。渗透率比石英砂岩中降低的还要快。火山成因砂岩的成岩作用时间温度盐度深度溶解反应水化反应碳酸盐化反应粘土环边玻璃水化作用碳酸盐胶结物玻璃 沸石斜长石 沸石 含铁碳酸盐 或白云石脱水反应片沸石片沸石片沸石片沸石浊沸石浊沸石方沸石浊沸石方沸石钠沸石葡萄石绿纤石葡萄石钠长石三、石英砂岩与贫石英砂岩成岩作用对比石英砂岩贫石英砂岩机械压实弱机械压实强化学压实强化学压实弱溶解作用强溶解作用弱水化、脱水弱水化重要、脱水强胶结作用强胶结作用弱交代作用弱交代作用强破裂作用弱破裂作用强中成岩更重要始成岩和晚成岩更重要第五节 泥岩的成岩作用粘土矿物的成岩作用？ 泥岩的压实作用？泥岩成岩过程对砂岩成岩

29、作用的影响？本节重点：主要的物质组成 泥岩主要由层状硅酸盐矿物组成，主要组份有：高岭石、蒙皂石组、伊利石、绿泥石。由于它们在自然界中常以粘土混合物形式出现，且粒度细小，因此较困难。鉴别方法：电 镜晶形及成分 X光衍射化学成分 透射电镜晶体结构一、粘土矿物的成岩变化1. 高岭石 高岭石是风化带的产物，代表温带和热带气候，其特征是无序的三斜晶系，颗粒较其它成因的粘土略粗，易于在近岸地带沉积。 成岩带中的高岭石要求酸性孔隙水，其特征是有序的单斜晶系，颗粒略细，电镜下常呈蠕虫状。风化高岭石三斜无序或假单斜无序（PMd）成岩高岭石三斜有序（ITC）地开石近变质（ZMabc）在成岩过程中，孔隙水中有K、A

30、l离子存在时：（PH值高）KoaliniteKSiO2 Illite 上述转变与离子浓度关系很大，如K+/H+106，高岭石于100 变为伊利石。如果K+/H+103 ，则需200 。随着深度加大，时代变老，高岭石变少，古生代数量最少，此时有石英存在，可变成迪开石和珍珠陶土（压力大），温度再升高可变为叶腊石。（PH值低）KoaliniteSiO2 Pyrophyllite 约300孔隙水中有Mg、Al离子存在时：（PH值高）KoaliniteAl2O3 Chlorite（离子浓度低）KoaliniteSiO2 Dickite 约200 Nacrite(压力大时） 高岭石在成岩作用的早期和中期是

31、丰富的，在晚期阶段通缺失，高岭石热力学条件为：T25300 ，P0.010.2GPa 。 高岭石通常消失的温度为80190 ，深度11003000m。风化带和成岩环境中的高岭石 蒙皂石形成于地表和近地表带的五种环境中：土壤、碱性湖泊、斑脱岩带、远洋沉积和热水岩脉。2. 蒙皂石（Smectite） 蒙皂石为风化作用较弱的产物，一般形成于富钙、富钠的碱性离子存在的地区。常见的种类是皂石、蛭石、海泡石和坡缕石。蒙脱石指Al、Mg二八面体的蒙皂石。它们一般由火山玻璃转化而来，指示海相环境。从河流到海洋，Ca+2 减少，K+、Na+、Mg+2增加。 蒙皂石在成岩过程中晶体结构发生变化，变成伊利石和绿泥石

32、，但其间必须经过混层阶段（I/S或C/S）初始：蒙皂石含70层间水，7孔隙水，13膨胀粘土固体， 5非粘土土壤。 研究蒙皂石向伊利石转变的先驱是Burst（1969）在美国墨西哥湾的工作，他把粘土的转变分为三个带：I带：早期成岩，机械压实使层间水减少60，孔隙水由720 ，沉积物密度由1.321.96 。II 带：经脱水密度变为2.28，蒙皂石层内水减少1/2(脱去倒数第 二层残留层间结合水，转化为混层，可失去被压实体积的 1015的水)，每个蒙皂石结晶单位中只有2个水分子 。III带：脱水使所有层间水失去，皂石不含水 。 Perry（19701972）着重研究孔隙水化学成分对矿物变的影响：埋

33、深与脱水作用间的关系图I带：孔隙水由机械压实作用由70 30，后期矿物结构组分 有变化，由I/S混层组成，I2 。II 带：以I/S为主，其中I65%，为无序结构（晶体结构、Ro、 晶层无顺序，堆积没次序）。III带：失去更多的蒙皂石，主要为伊利石，I8085%，有序结 构，R1。 蒙脱石向伊利石的变化是连续的，之所以不能分出阶段，是因为这种变化有两个突变点：一个大约在20002500m，T8090，另一个大约在30005000m，T120150。IV带：无水、固结，准变质带。 Dallogev(1976)认为:蒙脱石变为I/S混层的温度为70-95。 蒙皂石变成伊利石的方式是失去晶体结构中的

34、层间水和得到K+、Al +3离子， K+、Al +3离子一般来源于孔隙水和其它陆源物质分离的结果。一般在2000m时， K+增多，蒙皂石开始变为伊利石，K2O从25%, Al +3可来源于硅酸盐溶解,蒙皂石向伊利石转化的深度常与钾长石消失一致。 在蒙皂石向伊利石转化过程中，Na、Ca、Fe、Mg、Si和水被释放出来，关于硅的释放可见Boles和Franks（1979）的文章。1摩尔的蒙皂石可放出3摩尔SiO2或16摩尔SiO2 。在夹有17m的厚砂岩的100m厚的页岩中，有40%的蒙皂石通过成岩变化后只剩下20%的蒙皂石，其余变成伊利石，硅质被释放出来。蒙皂石（Na、Mg）2H2OAl2x（O

35、H2Si4O10）伊利石 KAl5(OH)4Si7O20钾长石+蒙皂石伊利石 +绿泥石+石英伊利石的同质多象:3. 伊利石分散状伊利石的大量出现是与有机质超成熟带基本一致的。IMd 无序 产于风化带IM 单层有序 成岩带IM 双层有序 浅变质带 伊利石的成岩变化是结晶度的变化，由Weaver(1960)提出以10峰高度和10.5峰高度之比。后来Kuble(1966)认为10.5不能正解反映开放系统，以X光衍射10峰半高宽作为衡量伊利石结晶程度的指数。结晶程度越好， 10峰越窄，随埋深增加，变质程度加强，结晶程度变好，结晶度指数变小，半峰高单位用毫米，半峰高宽度投射到横座标上，用不同的角表示。

36、目前研究较为详细的是晚成岩至浅变质阶段（魁北克的劳伦斯河与蒙特利尔）: 国际IC技术测定委员会统一规定，用Kbler指数，0.422或Kitch指数0.37-0.382作为成岩阶段与变质阶段界限。中成岩晚期 0 .72-1.10 5.5-8.5晚成岩期 0.42-0.72 3.2-5.5近地表变质带 0.23-0.42 1.8-3.2浅变质带 0.23 1.8 2 mm(002)(001)比值对IC的影响：1.成岩早期，IC与 无相关(002)(001)2.成岩中、晚期，IC与 正相关(002)(001)3.晚成岩期，不随强度变化4.准变质带，负相关5.浅变质带，无相关 伊利石的结晶度受多种因

37、素控制：颗粒、岩性、 比值、晶层厚度、扫描速度等。(002)(001)蒙皂石伊/蒙混层伊利石系列对油气的影响： 层状硅酸盐微粒质点是生油成气的催化剂，以膨胀层蒙皂石催化力最强（贝得石型更有利）。伊利石催化能力弱，但有选择催化性能。由于它的水化层间域较窄，因此选分子半径小的烃类催化，更利于生气。 微粒质点矿物的富集体是泥岩，其中含大量有机质，成岩过程中微粒质点催化有机质，本身也转化，因此形成有机无机相互制约，相辅相成的演化整体。有机物、干酪根、石油、天然气递进形成。1000m2000m3000m50100 150 矿 物 有机物粘土沉积物脂肪酸脱羧基蒙皂石 IbdI/S,C/S Ib=97 Ib

38、=90I, C/I，IIb 浊沸石向烃类转化(膨胀粘土催化)生油门限伊利石选择催化裂解气生成 绿泥石研究较少，主要是其结晶度与化学成份复杂，一般出现在风化带中绿泥石属高纬度，也即化学风化不重要的地区。4. 绿泥石 在成岩晚期阶段至准变质阶段和浅变质阶段，绿泥石和般与蒙皂石组成混层，蒙脱石在富Mg的情况下通过I/C混层向绿泥石转化。早成岩期富铁，晚成岩期富镁。 具有四个同质多型体，即Ia（风化带）、Ib（成岩）、II a、II b（近变质150-200）。根据Hays（1970)研究结果，绿泥石多型从成岩到变质过程的变化为Ibd Ib(=90 ) II b（ =97 ）并把最后一种作为成岩作用与

39、变质作用的界线。 绿泥石为2:1型矿物。但层间域为氢氧化物八面体片充填，存在大量离子替代，根据2:1层内八面体片的成分将绿泥石分为三八面体和二八面体。前者富铁镁，常见；后者富铝，少见。三八面体绿泥石：F斜绿泥石富镁、富铝F鲕绿泥石、磁绿泥石富铁F镍绿泥石富镍F叶绿泥石富锰二八面体绿泥石：F顿绿泥石(Donbassite)顿巴斯石或片硅铝石F须藤石绿泥石的薄膜式胶结镁绿泥石二、泥岩的压实作用 压实作用：在一个沉积物柱体中，由于上覆负荷所引起的正常剪切压应力作用，使其孔隙流体排出和孔隙体积缩小的过程。 沉积物的压实是一个体积缩小的过程，可以用原始孔隙所占的百分数来表示。按Mller(1967)意见

40、，在约500m时，沉积物总体积减少50%，孔隙度减少约30%而变成泥岩（或页岩），随着孔隙度降低，孔隙度只有4-5%，则为板岩。1. 孔隙度与密度随深度变化 的关系粘土的典型压实曲线，表示孔隙度和密度随深度变化沉积岩总孔隙度和埋藏深度之间的关系根据加利福尼亚洛杉矶和文图拉盆地以及美国其它各地和意大利的波利河盆地4000多个岩心实验测定作出(据Mc Cuiloh，1967）页岩和泥质沉积物孔隙度和埋藏深度之间的关系1=Proshlyakov的曲线(1960); 2=Mcade的曲线(1966); 3=Athy的曲线(1930); 4=Hosoi的曲线(1963); 5=Hcdberg的曲线(19

41、36); 6=Dickinson的曲线(1953); 7=Magara的曲线(1968); 8=Weller (1969); 9=Ham的曲线 (1966); 10=Foster和Whalen的曲线(1966)2. 间隙流体 随着沉积物的堆积，下伏地层受到压实，间隙水被排出，此时流体压力等于静水压力，排出水的运动方向和化学性质是两个重要的问题。 利于油的运移：水化的粘土矿物在压实后释放出大量的水，油被这种有效水排出，因为缺少把石油挤出来的水，所以很多含有非水化粘土的油页岩被保留下来。 压实作用使水通过软泥运移，地下水的盐度可能显著增加，烃类的溶解度因较多电解质的存在而提高，但饱和了无机盐的盐水

42、最终会将烃类释放，在超过NaCl溶解度后不久，立刻会发育起有机相或油相。3. 异常流体压力 异常压力的优点：使泥岩保持较高的孔隙度，随着时间的推移，压力被逐渐调整，泥岩中的水会大量进入砂岩，从而引起次生孔隙的产生。 如果沉积物（泥质）快速加载和连续沉积，其砂体就会被泥质包围，由于泥质沉积物渗透率降低快，则孔隙流体不能通过上覆泥质沉积物从砂岩中逸出，由于间隙流体协助支撑着日益增加的上覆的积土负载，地层的进一步压实就延缓下来或停止了。因此流体不仅承受了静水压力，而且承受了新的沉积物重量，地层就变成异常压力了。 当新沉积的泥质沉积物最初被压实时，间隙流体是和上覆海水连通的，孔隙压力实质上就是静水压力

43、。在一薄而浅的沉积物中，浮力是次要的，随着上覆的沉积层深埋，发生压实作用，假如沉积速度慢，那么沉积层逐渐适应上覆沉积物所施加的附加负载。 在正常负载条件下，随着颗粒被压得彼此靠紧，孔隙水被排出。如果相邻沉积层之间存在着流体的相互连通，随着时间的推移，流体压力也将调整到某一梯度值上。由于泥岩沉积物在原始状态下具有高的孔隙度并是可渗的，因此，排出的流体将在阻力最小的方向流动，通常流入多孔隙的砂层，此时为静水压力。 如果沉积物（泥质）快速加载和连续沉积，其砂体完全被泥质包围，由于泥质沉积物的渗透率降低很快，则孔隙流体不能通过上覆沉积物从砂岩中排出。另一方面，不渗透层、断层、厚泥层的出现，也阻碍了流体

44、的流出。在这种情况下，间隙流体协助支撑着日益增加的上覆的积土负载，地层的进一步压实就延缓下来或停止了。因此，流体不仅承受了静水压力，而且承受了新的沉积物重量，地层压力就变成异常了。异常压力形成机理 异常压力的存在可使泥岩保持较高的孔隙度。随着时间的推移，压力被逐渐调整，泥岩中的水会大量进入砂岩，引起次生孔隙的产生。 认识异常压力就须知道流体压力的量值，以便选择合适的泥浆： 防止井喷； 选择最优钻进速度； 识别出自产层的油气显示； 减少泥浆进入产油砂岩的污损; 更可靠的解释地层测井资料。泥岩成岩作用： 三、泥岩成岩过程对砂岩成岩作用的影响F压实作用和脱水作用F粘土矿物的反应和转换F分散相的溶解，

45、迁移和再沉淀胶结 作用和固结作用F有机组分的成熟泥岩与埋藏成岩作用概况 埋 藏 深 度 浅 深机械压实作用化学压实作用粘土矿物转变粘土脱水作用烃类流体自生矿物淋滤沉积物膨胀孔隙的丧失孔隙的获得0.1km1km2km10km油窗油窗 泥岩成岩过程对砂岩成岩作用的影响F粘土矿物的反应活化了无机质组分并释放出水份；F泥岩孔隙水和粘土反应水挤入砂岩，携带有溶解物 质；F粘土矿物反应对脱羧基作用和有机化合物的裂化起 催化作用；F从泥岩转入砂岩内的干酪根热化的酸性副产品能产生 次生孔隙，粘土矿物发生转变和有机质成熟阶段均可 产生酸性条件，有利于石油从泥岩、页岩转到砂岩内；F泥岩、页岩的脱水反应可以增加流体压力。F 页岩化学压实和粘土矿物转变为砂岩成岩变化提供了 物质来源;F 为砂岩提供了水；F 烃类进入砂岩，提供了油气来源；F 自生矿物的生成为砂岩提供物质成分；F 页岩内淋滤作用与砂岩类似；F 沉积物膨胀，使砂岩和泥岩、页岩连接起来；F 泥、页岩孔隙度降低阶段产生了差异压实。 泥岩成岩过程对砂岩成岩作用的影响