成岩作用

5．表生阶段
淡水的古喀斯特作用 最重要
地下深埋的岩石经过地壳构造运动被抬升到地表附近 的淡水淋滤带，可在古侵蚀面之下数十米内发生大规模的 岩溶现象。如遇到夹有膏盐层的岩层或含膏盐层的岩层， 由于淡水淋滤溶解膏盐发生去膏盐化作用，产生次生溶蚀 孔洞及膏溶垮塌角砾岩层，与膏盐伴生的白云岩常发生去 白云石化。碳酸盐岩层处在古侵蚀面的构造裂缝发育带及 地下水泄水区，淡水循环良好，岩溶作用发育，可以形成 大量溶洞、溶缝及岩溶角砾岩等。表生阶段的古淋滤溶蚀 孔洞缝，是油气储集及固体矿产聚集的有利场所，我国已 有大量的实例。 同时，表生阶段也有深部地下水的交代作用及后生 矿物的生成，也可能被地下咸水沉淀的矿物充填（如白云 石、天青石、萤石等）。岩石进一步重结晶形成较粗大的 晶粒结构，可使原始沉积结构和构造遭到进一步的破坏。
碳酸盐的成岩作用远比其沉积过程复杂 碳酸盐沉积物在一定环境中形成以后，即进入成岩阶 段。沉积物开始尽量适应新的各种物理、化学条件， 并与周围环境达到相对的平衡状态。但是沉积物中的 微观和宏观条件都在不断地、迅速地发生变化。在成 岩早期阶段，沉积物孔隙度很高，孔隙水运动很强， 生物作用较活跃，昼夜温差也大。所以相对平衡是短 暂的，错综复杂的成岩变化则在广泛地不断地进行着。 Larsen等（1979）总结出影响碳酸盐沉积物成岩变化 的有一系列因素，包括：地理，大地构造、地貌、区 域地球化学、沉积物聚集速率、沉积物初始组分、粒 度、沉积物纯度、灰岩与地表的联系程度、孔隙水和 气体、物理化学条件、前期成岩历史（如原先排出的 微量元素将决定以后的成岩作用）等。
浅成与深成胶结物的比较(Loucks,1983)
特征 晶体大小 晶体形态 晶粒分布 晶粒界线 Mg2+含量 Fe2+含量 Sr2+含量 早期浅埋胶结物 岩石学特征 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ细晶至中晶 等轴状、次为片状 极细至细晶在颗粒边缘分 布，向孔隙中心逐渐变粗 晚期深埋胶结物
粗晶和极粗晶 等轴状 每一个孔隙中有一个 或几个大晶体 平直，与浅埋胶结物 不规则 相比，粒度突然增大 微量元素特征（根据电子探针资料） 较高（1.8±0.3mol%MgCO3） 1.3±0.3mol%MgCO3 785±184ppm 2618±1952ppm 738±286ppm 472±189ppm
LMC
HMC
DLMC（很少有元素迁移或失去Sr并获得Fe、 Mn）
DLMC （失去Mg并获得Fe、Mn）
A
DLMC （很少有元素迁移或失去Sr并获得Fe、 Mn）
目前流行的“转变、重结晶和晶体生长过程中 颗粒或晶体形态的变化”（有些是不正确的）
转变以前 粒状文石 晶簇状文石 纤维状文石 粒状文石 晶簇状文石 纤维状文石 重结晶和颗粒生长以前 粒状文石或方解石 晶簇状文石或方解石 纤维状文石或方解石 转变以后 粒状方解石假象 晶簇状方解石假象 纤维状方解石假象 粒状方解石 晶簇状方解石 纤维状方解石 重结晶和颗粒生长以后 粒状方解石 纤维状方解石 片状方解石
同生溶解作用
2）成岩早期的溶解 主要发生在淡水渗流成岩环境中，由于淡水渗流环 境对CaCO3是不饱和的，因而经常有碳酸盐矿物的溶解， 尤其是文石质组分，常溶解形成粒内孔甚至铸模孔，典 型的是四川三叠纪天然气储集空间的成因
3）表生条件下碳酸盐矿物的溶解 表生条件下碳酸盐矿物的溶解即所谓喀斯特作用，陕 甘宁盆地的奥陶系、四川川东石炭系的天然气储集空间 均与这种古喀斯特作用有关 溶解介质：大气淡水 溶解温度：近常温常压的近地表条件 发生地点：不整合面之下 被溶矿物：按溶解顺序，首先是与碳酸盐伴生的蒸发盐， 而后是方解石，最后是白云石 伴生组分及矿物：成岩沉积物，古风化作用产物（如高岭 石及其成岩转变产物等）
垂直颗粒生长的早期纤状胶结物
颗粒间粒状或犬牙状胶结物
共轴次生加大
渗滤沙及亮晶胶结物
碳酸盐胶结物类型的一般描述
2-3 混合水环境的胶结作用（注意其同位素特征和微量元 素特征）
淡水/海水混合带对方解石不饱和，因而通常没有方解石 的胶结作用，但可以有白云石的胶结作用，它们也可以是 早期方解石混合水白云石化的产物 2-4 埋藏成岩环境的胶结作用 ① 块状镶嵌亮晶方解石，其特征是：阴极发光为中等亮 度，光亮均匀，没有复杂的光带，富含液气包裹体 ② 异形白云石，特征为具强烈波状消光，晶面弯曲的镶嵌 状粗粒白云石，阴极射线下不发光或为暗色 实际上，由于埋藏成岩环境所经历的时间级长，形成的胶 结物远比这复杂，近年来，随着分析技术水平的提高，埋 藏成岩环境中胶结物的研究已逐渐深入
如四川东部建南构造，P2海绵礁气藏。位于构造 两端是礁体，但一个礁体白云石化，而另一个礁 既有白云石化又有去白云石化，晶间孔及菱形孔 隙较发育，后者产能高出数倍。这就说明同样的 有利相带及构造有利部位因受成岩变化控制的储 集孔隙空间发育情况不同，而产能可相差几倍。 这就提示我们，不仅要寻找有利储集相带及有利 圈闭条件，还要有一个有利于孔隙—裂隙发育的 成岩变化带。川东卧龙河构造T5C1高产气田，重 庆相国寺构造C2高产气田等，都能说明这个问题， 它们都与潮间带窗孔、溶孔、残余藻球的粉晶白 云岩有关
一、成岩后生作用的阶段划分 1．准同生阶段 2．早期成岩阶段 3．晚期成岩阶段 4．后生阶段 5．表生阶段
1．准同生阶段
沉积物尚未脱离沉积盆地的底层水，同时又可以大 气淡水的作用，沉积物最表层与上述流体所发生的变化阶 段。 沉积物与底层盐水或与暴露大气下的表面蒸发盐水作 用，产生微晶白云石，沉淀盐类矿物等。
2、近地表成岩环境
包括： 大气水渗流环境 大气水潜流环境 海水渗流环境 海水潜流环境 混合水成岩环境
2-1 大气渗流环境（淡水渗流带） —在地下潜水面以上，因而主要受大气降水影响（图）。 渗流带 位于潜水面以上的大气带。孔隙中同时可出现空气 和水。由于水的不均匀分布可发育特征的胶结物结构。渗 流带中的大气水未被CaCO3饱和，溶解作用是最主要的作 用。另外也有较少的胶结物，常呈新月形和悬挂形 2-2 大气潜流环境（淡水潜流带）—在地下潜水面附近或 以下，位于渗流带和混合带之间，全部孔隙为含有不等量 的溶解碳酸盐的大气水所充填。顶界是地下潜水面。淡水 潜流带的几何形态受地形、雨量以及岩石的孔隙度和渗透 率变化的控制。在一个理想的热带岛，淡水潜流带是典型 的透镜体，直接位于岛的下面（图）。 2-3 海水渗流环境（海水渗流带）—如果在海岸地下潜水 面以上的环境中，受到溅于海岸的海水的影响（包括由风 暴作用带到岸上的海水），则可出现海水渗流环境（图）。
2-4 海水潜流环境（海水潜流带）—如果在地下潜水面附 近或以下，受到海水的影响，则可出现海水潜流环境，此 时沉积物或岩石的全部孔隙空间为正常海水所充满。大多 数碳酸盐岩是沉积在海相环境，因而是碳酸盐经历的第一 个成岩环境（图）。
2-5 混合水成岩环境（淡水海水混合带）—淡水和海水混 合而成的半咸水为标志。混合带的胶结物很少，因为水处 于相对停滞状态。此带可发生混合白云化。 Badiozamani(1973)指出，大约10%的海水与90%的淡水混 合可以形成一种对方解石稍不饱和而对白云石过饱和的溶 液（图）。
三、碳酸盐主要成岩作用
碳酸盐主要的成岩作用主要有：压实作用、新生变形 作用（广义的重结晶作用）白云石化及去白云石化作用， 自生硬石膏（石膏）的生成及去膏化作用、硅化作用、重 结晶作用、压溶作用、胶结作用及溶解作用。这里主要阐 明各种作用的机理、阶段划分的标志及对孔隙发育的影响。
1、压实作用
碳酸盐岩同样可以经历很强的压实作用，压实作用使 碳酸盐颗粒和碳酸盐泥间的距离减小，一些生物碎屑可因 压实作用而碎裂 碳酸盐岩中陆源粘土含量增加时，压实作用的影响将更 为显著。
二、碳酸盐岩成岩作用与孔隙演化
碳酸盐岩与碎屑岩重要的差别之一是对于成 岩作用强烈的敏感性，这是碳酸盐矿物的晶体化 学和碳酸盐沉积的地球化学环境特征造成的。碳 酸盐岩的成岩变化直接影响孔隙发育，因此应当
予以重视。
控制油气聚集的主要条件是： （1）有利的储集相带 （2）有利的圈闭条件 （3）有利的成岩作用带 三者在不同情况下具不同的相对重要性。
淡水渗 流带
淡水潜流带
海水潜流带
return
return
3 地下深处成岩环境—深埋藏成岩环境
深埋藏成岩环境的各种成岩作用大致相当于晚成岩阶 段和后生阶段。近年来越来越多的研究认识到深埋成岩作 用的重要性，特别是对孔隙的重新分布有重大影响，埋藏 成岩过程中的胶结作用对孔隙的演化起着极其重要的作用。 压溶作用、溶解作用、重结晶作用和交代作用都是埋藏 成岩环境中最为重要的成岩作用
4、矿物的溶解作用
碳酸盐矿物的溶解作用是造成碳酸盐岩中次生孔隙发 育的重要机理，溶解作用发生的时间贯穿了从同生一直到 表生的整个成岩作用过程，被溶解的矿物包括文石、镁方 解石、方解石和文石。早期，人们研究喀斯特环境（后来 又研究了古喀斯特）中碳酸盐的溶解机理，和成岩早期文 石等不稳定组分的溶解和次生孔隙的发育机理（如四川泸 州鲕滩中文石质鲕粒的早期溶解和以及负鲕孔和鲕模孔的 形成。近年来，人们又研究了埋藏条件下碳酸盐岩的溶解 及温度、压力以及矿物组成对溶解作用的控制 1）同生阶段的溶解 主要发生在深海沉积环境中，尤其是CCD面和ACD面 以下
3、矿物的新生变形作用
矿物的新生变形作用是碳酸盐岩最为重要的成岩作用 之一，它包括两个方面的内容：1）矿物的同质多相转变； 2）应变重结晶。矿物的新生变形作用使我们目前所面对 的碳酸盐矿物（除白云石以外）几乎全为成岩低镁方解石 （DLMC），矿物的新生变形作用涉及到矿物的转变及转 变过程中元素的迁移（尤其是Fe、Mn、Sr、Mg等元素的 迁移）。 因此，成岩作用碳酸盐矿物转变过程（新生变形 作用）微量元素的迁移方式主要为：
绝，主要的孔隙水来源是上部或侧部渗透来的重盐水， 或者是由下伏沉积物压榨出来的上升盐水，这种孔隙水 可与颗粒或基质继续发生交代作用，形成菱形白云石， 或者由于孔隙水过饱和沉淀方解石，可以形成孔隙内相 对晚期充填胶结物。
温度、压力
4．后生阶段
最重要
随着岩石埋藏加深，由于上覆沉积的静压力增大， 使固结的岩石产生裂隙、或压溶缝合线，为深部地下水 打开通路。这种矿化度较高的水，可以沿裂缝产生粗大 的交代充填矿物。由于温压升高，成岩期矿物进一步重 结晶，按结晶力强弱，形成一系列粗大的斑晶或粗晶斑 块。如后生白云石。
2、胶结作用
2-1 浅海海底胶结作用（海水潜流带）（注意其同位素特 征和微量元素特征） ①镁方解石胶结物 一般呈隐晶结构，含12-21mol%MgCO3 ②文石胶结物 常为纤维状 ③胶结物结构以纤维状环边 ④藻类活动对浅海胶结有重要意义 2-2 大气淡水环境的胶结作用（注意其同位素特征和微量元 素特征） 1）渗流带中的大气水CaCO3不饱和，因而溶解作用是最主 要的作用，潜流带的胶结作用更为发育，胶结物主要有 ①等轴粒状方解石（潜流带，渗流带）； ②新月型粒状方解石（渗流带）； ③重力型粒状方解石（渗流带） 2）可以是大气直接作用的结果，也可能是大气水改造原海 水形成的文石或镁方解石的结果
构造应力最重要
6．构造阶段
形成具有一定方向和组系的裂隙，充填次生矿物，或 沿裂隙发生的溶蚀充填作用以及交代作用等。
二、碳酸盐主要成岩环境
碳酸盐的成岩作用主要取决于成岩环境的条件和物 理化学性质，成岩环境的主要类型有：
1、海底成岩环境
包括浅海成岩环境和深海成岩环境 （1）深海成岩环境中的主要成岩作用是方解石的溶 解作用和文石的溶解作用，胶结作用存在，但并不象其它 环境那样重要（图）。 （2）浅海成岩环境实际上就是后边将要说到的海水潜 流环境，主要的成岩作用是泥晶化作用，文石及镁方解石 的胶结作用
2．早期成岩阶段
海水&大气水 沉积物埋藏浅，仍与海水联通，孔隙水开始过饱和 沉淀早期胶结物，或者富Mg2+孔隙盐水与颗粒或灰泥基 质发生选择性交代作用，形成粉晶白云石。在有淡水作 用的条件下，准稳定的沉积矿物文石及高镁方解石开始 向方解石转变。
3．晚期成岩阶段
孔隙水 最重要 沉积物继续埋藏。上覆沉积物加厚，与海水逐渐隔