第二章碎屑岩的主要成岩作用

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。
（1978）：
些物质的触媒作用，压力不是决定因素。
A. Thomson （1959）：
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。
4. 压溶对储集性能的影响
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。
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。
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。
沸石一般是孔隙水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
浊沸石胶结物充填粒间孔
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
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。
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
3. 形成条件：
① 孔隙水中含有一定量的碳酸钙（如生物壳的溶解） ② 化学结构影响溶解度（文石、高镁方解石易溶、最终
③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
④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）。
二、化学压实作用（压溶作用）
1. 定义
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。
2. 压溶的表现形式
① 石英自生加大
② 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
3. 压溶的机理
① 与压力有关
Riecke：
Füchtbauer（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％。
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％± ” 。
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 层位的砂岩，从而形成多个次生孔隙发育带。
形成纯亮晶方解石） ③ PH值升高（>9）使溶解度降低引起沉淀 ④ CO2分压降低，利于沉淀 ⑤ 温度升高，利于沉淀 ⑥ 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%，PH>9， 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。
伊利石（水云母）与白云母相比K＋离子少，多SiO2
和 H2O。
片状、针状集合体，由2个四面体加一个八面体组成。
d(001)=10 Å； d(002)=5 Å ；d(003)=3.3 Å。
伊利石 KAl4(OH)4 (Al,Si7)O20：片状、毛发状
绿泥石 Mg2Al(OH)6Mg3(OH)2(AlSi3)O10
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。
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 Å。
d(001)=14.2 Å；d(002)=7.1 Å ；d(003)=4.7 Å ； d (003)
=3.53 Å， 加热600 ℃ d(001)=13.8-14Å。
压实作用、压溶作用均使砂岩孔隙度降低。
Housekecht 定量分析： （纵）原始孔隙度百分比＝ 40－粒间体积100
40
粒间体积用岩石总体积的百分数表示
（横）胶结物百分比＝ 胶结物 100
40
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。
浊沸石沿斜长石解理分布
2. 形成环境
①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。
②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。
确定胶结顺序的标志：
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。
交代早期胶结物的矿物形成时间较晚 石英运移导致成岩作用中断 无胶结的孔隙度高的岩石中胶结物充填的早 胶结顺序应考虑成岩最初出现的深度和温度 常见的胶结顺序：铝硅酸盐（粘土、长石）石英
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。
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。
d(001)=12-15 Å ，加热600 ℃ ＝9.6-10 Å。
蒙脱石 Al2(OH)2Si4O10
在火山碎屑表面分布的自生蒙脱石
自生蒙脱石
伊利石 KAl4(OH)4 (Al,Si7)O20
2. 机械压实的表现形式
① 颗粒间接触由点线，随深度加大而变紧密。 ② 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。 ③ 破裂。刚性颗粒发生破裂，出现小裂缝。 ④ 颗粒定向排列，石英拉长具优选方位。
机械压实
点状接触
线状接触
刚性颗粒破裂
黑云母挤压变形呈假杂基
石英、长石以线状接触为主
碳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：
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S＋100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30－40秒
粘土包壳
交代：替代碎屑颗粒，分布于颗粒表面 裂缝或晶洞充填
i2O5
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，但自生高岭石是有序的， 外形呈蠕虫状。
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。
d(001)=7.15Å d(002)=3.56-3.58 Å d(003)=2.38Å
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
书页自状生高岭岭石石
蒙皂石组 ( Na,Mg) H2OAl2-x(OH2Si4O10)
蒙皂石出现于富钙的、富钠的碱性离子存在的地区，