沉積巖的形成演化2層流與紊流得判別依據(jù)就是雷諾數(shù):臨界雷諾數(shù)：液流型態(tài)開始轉(zhuǎn)變時的雷諾數(shù)。對圓管：對明渠及天然河道Re≈1層流Re>40現(xiàn)卡門渦街、紊流3在水力學(xué)中用佛勞德數(shù)來衡量:

4

碎屑顆粒得沉速主要與顆粒得粒度、比重、形狀和水介質(zhì)得性質(zhì)。斯托克(G、G、Stokes,1850)公式表示:式中:V—顆粒得沉降速度(毫米/秒),d1—顆粒得比重d2—介質(zhì)得比重,g—重力加速度(毫米/秒2)r—球體(球狀顆粒)得半徑(毫米)μ—介質(zhì)得粘度(克/毫米·秒或泊)

5尤爾斯特隆圖解:由圖可以看出:①

始動流速比繼續(xù)搬運流速大。②

0、05～2毫米顆粒:易搬運、易沉積,常呈跳躍式前進(jìn)。③＞2毫米得顆粒:不易搬運、易沉積,多呈滾動式搬運。④＜0、05毫米顆粒:不易搬運、不易沉積,呈懸浮式搬運。

6母巖風(fēng)化產(chǎn)物以及其她來源得物質(zhì),在搬運沉積過程中因其物理性質(zhì)和化學(xué)成分得差異在不同得地段分別沉積下來,這種現(xiàn)象稱作沉積分異作用。機械/化學(xué)沉積分異7第4節(jié)沉積后作用及其階段得劃分8一、基本概念及劃分依據(jù)*二、(概念)沉積后作用階段得劃分同生作用、成巖作用、后生作用、表生作用*三、(概念)主要成巖作用及其作用特點壓實作用、壓溶作用、膠結(jié)作用 交代作用、重結(jié)晶作用、溶解作用與次生空隙四、成巖階段劃分及標(biāo)志9成巖作用沉積物得沉積期后變化——即從沉積物沉積之后到沉積巖發(fā)生風(fēng)化作用和變質(zhì)作用之前發(fā)生得所有變化和作用,又稱沉積物得成巖作用(廣義)。大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜11成巖作用相關(guān)基本概念狹義:

沉積物沉積后到固結(jié)或石化

Walther(1894):指沉積物固結(jié)后到變質(zhì)前得變化(到一定埋藏深度才固結(jié))。(我國普遍采用)。成巖作用就是什么？廣義:VonGuembel(1868):指沉積物沉積后所發(fā)生得各種變化,包括了變質(zhì)作用,曾被用于不同學(xué)科中。Fairbridge(1983):指沉積物沉積后到變質(zhì)前所發(fā)生得所有變化,包括同生、成巖及后生作用(我國未普遍采用)。1213沉積物成巖作用階段劃分為同生作用、成巖作用(狹義)、后生作用和表生作用四個階段。1、同生作用階段

指沉積物剛剛沉積、還暴露在沉積環(huán)境底層水中、在沉積物—水界面及其以下得—薄層內(nèi)所發(fā)生得一切物理、化學(xué)或生物作用。(1)成巖作用階段得劃分14

環(huán)境特征:當(dāng)質(zhì)點A處于波基面之下,并固定于沉積物表面時,即為同生作用階段得開始。此時沉積物處在開放得系統(tǒng)中,介質(zhì)條件一般為弱酸性、氧化性質(zhì),物質(zhì)(如質(zhì)點A)與底層水發(fā)生作用。15

產(chǎn)物:

同生作用階段生成得礦物叫同生礦物,如海綠石、沸石及鐵錳結(jié)核等。她們多沿層理面分布。同生作用階段由于沉積物得滑動～滑塌作用產(chǎn)生一系列同生變形構(gòu)造。底棲生物鉆孔、生物擾動構(gòu)造等也在這個階段形成。16松散得沉積物轉(zhuǎn)變成固結(jié)巖石得作用,稱為沉積物得成巖作用,或簡稱成巖作用。172、成巖作用(Diagenesis)

指同生作用之后一直到沉積物固結(jié)為止發(fā)生在沉積物內(nèi)部得一切物理、化學(xué)和生物作用。成巖作用條件得總體變化趨勢就是溫壓升高、Eh值降低,而pH值則受沉積物成分和孔隙水之間化學(xué)作用得控制。在整個作用過程中,沉積物體積逐漸減小。18產(chǎn)物:

由于厭氧細(xì)菌得作用,SO42-和有機質(zhì)分解,釋放出H2S,形成還原環(huán)境,出現(xiàn)低價鐵錳得硫化物,如球狀黃鐵礦,并形成菱鐵礦、方解石、綠泥石等。這些礦物顆粒不大,其分布常受層理控制。在成巖作用階段生成得礦物叫成巖礦物。由于成巖礦物得沉淀,及沉積物受壓縮、孔隙度減小,并被膠結(jié)成為固結(jié)得巖石。

3、后生作用指已固結(jié)得沉積巖在上覆沉積巖(物)厚度進(jìn)一步加大,溫壓進(jìn)一步升高直到變質(zhì)作用之前得所有作用。后生作用就是在開放系統(tǒng)中進(jìn)行得。由于溫壓高,作用時間長,故形成得后生礦物晶體粗大,晶形完好;由于有外來物質(zhì)加入,故新生得礦物成分可與本層物質(zhì)無關(guān),其分布不受層理得控制,可切穿層理。最常見得現(xiàn)象就是交代、重結(jié)晶、次生加大等。194、表生成巖作用較深埋藏得巖石,被抬升到地表潛水面以下,在常溫常壓得條件下,在滲濾水和淺部地下水得影響下所發(fā)生得變化,稱為表生成巖作用(屬于后生作用)。表生成巖作用風(fēng)化作用就是不相同得---風(fēng)化作用？---表生成巖作用表現(xiàn)為次生膠結(jié)、交代、某些物質(zhì)得富集以及成礦作用。20沉積作用同生作用(syngenesis)成巖作用(diagenisis)后生作用(catagenesis)表生作用(epigenesis)21三、主要成巖作用及其作用特點1、壓實作用:壓實作用系指沉積物沉積后在其上覆水層或沉積層得重荷下,或在構(gòu)造形變應(yīng)力得作用下,發(fā)生水分排出、孔隙度降低、密度加大、體積縮小得作用。2223①顆粒間接觸由點線,隨深度加大而變緊密。

②塑性變形。火山巖屑、泥質(zhì)巖屑、云母等柔性組分

變形呈假雜基擠入顆粒空間。

③破裂。剛性顆粒發(fā)生破裂,出現(xiàn)小裂縫。

④顆粒定向排列,石英拉長具優(yōu)選方位。機械壓實得表現(xiàn)形式點狀接觸線狀接觸機械壓實剛性顆粒破裂24

壓溶就是指在壓應(yīng)力作用下,由骨架顆粒在接觸點得溶解所引起得巖石總體積得減小過程。化學(xué)壓實作用(壓溶作用)定義壓溶得表現(xiàn)形式①石英自生加大②顆粒呈凹凸、縫合線接觸石英自生加大顆粒凹凸?fàn)罱佑|25

縫合線26膠結(jié)作用

膠結(jié)作用就是指松散得沉積顆粒,被化學(xué)沉淀物質(zhì)或其她物質(zhì)充填連接得作用,其結(jié)果使沉積物變?yōu)閳怨痰脦r石。膠結(jié)物多種多樣,有碳酸鹽礦物、硅質(zhì)礦物、鐵質(zhì)礦物還有一些粘土礦物27膠結(jié)物得種類:最常見得就是二氧化硅和碳酸鹽。其她較常見得有:氧化鐵、石膏、硬石膏、重晶石、磷灰石、螢石、沸石、黃鐵礦、自生粘土礦物等。機理:孔隙流體系統(tǒng)就是不封閉得,有飽和流體不斷補給,所以,孔隙中可沉淀大量膠結(jié)物。281、粘土礦物膠結(jié)物:常見得自生粘土礦物膠結(jié)物有高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石。①高嶺石:多呈假六邊形晶片,集合體呈書頁狀或蠕蟲狀,以孔隙充填或交代其她礦物,或以坍塌礦物得包體產(chǎn)出。②伊利石:常呈不規(guī)則得細(xì)小晶片產(chǎn)出,其集合體通常呈顆粒包膜或孔隙襯邊形式出現(xiàn),有時呈網(wǎng)狀分布于孔隙中。29

③綠泥石:多呈顆粒包膜或孔隙襯邊形式產(chǎn)出。④蒙脫石:自生蒙脫石主要見于一些含火山物質(zhì)較豐富得砂巖中。⑤混層粘土礦物。

2、氧化硅膠結(jié)作用

氧化硅膠結(jié)物以非晶質(zhì)和晶質(zhì)兩種礦物形態(tài)出現(xiàn)于碎屑巖中,非晶質(zhì)氧化硅膠結(jié)物為蛋白石,晶質(zhì)氧化硅有方英石,玉髓和石英。

SiO2膠結(jié)物得來源主要有以下幾類:

i、來源于地表水和地下水303、

碳酸鹽膠結(jié)作用

碳酸鹽就是最常見得膠結(jié)物包括方解石、文石、白云石、菱鐵礦、菱鎂礦等,其中分布最廣和最常見得就是方解石,其次為白云石。

ii、來源于硅質(zhì)生物骨骼得溶解

iii、來自于碎屑石英得壓溶作用

iv、來源于粘土礦物得成巖轉(zhuǎn)化作用

v、來源于火山玻璃去玻化和蝕變成粘土礦物或沸石類礦物過程中析出得SiO2。

vi、來源于海底火山噴發(fā)。31

4、長石膠結(jié)物:自生長石就是碎屑巖中一種常見得自生礦物,主要為鉀長石和鈉長石,呈次生加大或或小得自形晶體。

5、沸石膠結(jié)物:碎屑巖常見得沸石類膠結(jié)物有方沸石、片沸石、濁沸石及斜沸石等。常見于富含火山碎屑和長石得砂巖中,常就是火山碎屑和長石與地下水相互作用得產(chǎn)物。反應(yīng)式為:

CaAl2Si2O8(鈣長石)+2SiO2→CaAl2Si4O12、4H2O(濁沸石)

6、硫酸鹽膠結(jié)物:主要為石膏和硬石膏,其次為天青石和重晶石。

7、赤鐵礦膠結(jié)物

8、黃鐵礦膠結(jié)物

9、海綠石4、溶蝕作用沉積物、膠結(jié)物或者任何已經(jīng)存在得礦物被水局部溶解稱為溶蝕,剩下來得部分就具有溶蝕結(jié)構(gòu)。當(dāng)共存得礦物成分不相同時、溶蝕常有比較嚴(yán)格得選擇性,即只有其中一種礦物受溶蝕而其她礦物不受影響。3233斜長石溶解產(chǎn)生溶蝕粒內(nèi)孔34

交代作用就是指一種礦物代替另一種礦物得現(xiàn)象,交代作用可以發(fā)生于成巖作用得各個階段及至表生期。交代作用得實質(zhì)就是化學(xué)平衡及平衡轉(zhuǎn)移問題,當(dāng)體系內(nèi)得物理、化學(xué)條件(溫度、壓力、pH值、Eh值、濃度、流體成分)發(fā)生變化時,原來穩(wěn)定得礦物、礦物組合將便得不穩(wěn)定,發(fā)生溶解、遷移或原地轉(zhuǎn)化,形成在新得物理、化學(xué)條件下穩(wěn)定存在得新礦物或礦物組合。

(一)、碎屑巖中常見得交代作用

(1)、氧化硅與方解石得相互交代作用當(dāng)pH值在9以下,氧化硅得溶解度保持不變,但方解石在pH＞8得溶液中就是非常易溶得,這時碎屑巖中得方解石將被溶解,孔隙溶液中得氧化硅將沉淀,即發(fā)生硅化作用,出現(xiàn)石英交代方解石得現(xiàn)象。當(dāng)pH＞9、8時,發(fā)生氧化硅得溶解和方解石得沉淀,出現(xiàn)方解石交代石英和石英顆粒被溶蝕得現(xiàn)象。

5、交代作用35pH值與方解石、非晶質(zhì)SiO2和石英得溶解度關(guān)系圖方解石交代石英得化學(xué)過程36(2)、方解石對長石得交代作用主要就是方解石或其她碳酸鹽礦物交代鉀長石,交代斜長石得現(xiàn)象較少見到。(3)、方解石交代粘土礦物在含粘土雜基得砂巖中,粘土礦物常被碳酸鹽礦物交代。有利于方解石交代粘土礦物得pH值接近或大于8。(4)、粘土礦物與長石得交代作用在CO2分壓較高和pH值較低(約等于5)得酸性環(huán)境中斜長石被粘土礦物交代,即發(fā)生高嶺石化。(5)、各種粘土礦物之間得交代作用在不同pH值情況下,粘土礦物之間可以發(fā)生相互交代。(6)、方解石、白云石和菱鐵礦得相互交代作用(7)、粘土礦物對石英得交代作用在雜砂巖中常見粘土礦物,尤其就是伊利石溶解,交代石英和長石得現(xiàn)象。37碳酸鹽交代石英鐵方解石交代綠泥石常見得交代現(xiàn)象38褐鐵礦網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)黃鐵礦骸晶結(jié)構(gòu)39交代作用得標(biāo)志(1)、礦物假象:交代礦物具有被交代礦物得假象;(2)、幻影構(gòu)造:礦物發(fā)生交代后,原生顆粒只留下模糊得輪廓稱為幻影,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)甚至邊緣已消失,但含有被交代礦物得包體;(3)、殘留得礦物包體:外面得礦物就是交代礦物,里面得礦物就是被交代得礦物;(4)、交叉切割現(xiàn)象:礦物或顆粒被自形晶體或鑲嵌結(jié)構(gòu)得晶體切割或溶蝕。405)砂巖中可見石英次生加大,加大邊窄或有自形晶面,掃描電子顯微鏡下可見石英小雛晶,呈零星或相連成不完整晶面,書頁狀自生高嶺石較普遍,有得砂巖受火山碎屑顆粒得影響,仍可見蒙皂石。

6)在有得砂巖基質(zhì)中有云霧狀燧石。

7)可見一些礦物交代和轉(zhuǎn)化現(xiàn)象交代作用就是一種礦物被化學(xué)成分不同得另一種礦物置換替代得作用。交代一般首先沿礦物或顆粒得邊緣、裂隙和解理進(jìn)行,可以部分置換原有礦物或顆粒,也可全部條帶原有礦物或顆粒。溶蝕和交代都就是化學(xué)過程,影響作用得因素復(fù)雜,既有被作用得礦物成分和結(jié)構(gòu)狀態(tài),又有孔隙水得成分、pH值、Eh值,還有溫度壓力和作用時間長短得影響等等。416、重結(jié)晶作用一般重結(jié)晶作用指礦物在不改變基本成分得同時為減小表面能而自然增大粒度得作用。但就是,在沉積學(xué)中廣義重結(jié)晶還包括玻璃質(zhì)或非晶質(zhì)向晶質(zhì)得轉(zhuǎn)化、晶格得調(diào)整等作用。42437、溶解作用與次生孔隙

(1)、溶解作用得機理與現(xiàn)象

砂巖中任何碎屑顆粒、雜基、膠結(jié)物和交代礦物,包括最穩(wěn)定得石英和硅質(zhì)膠結(jié)物,在一定得成巖環(huán)境中都可以不同程度地發(fā)生溶解作用。溶解作用得結(jié)果形成了砂巖中得次生孔隙。(2)、孔隙得類型碎屑巖得孔隙按成因分為原生孔隙和次生孔隙。原生孔隙主要為碎屑顆粒得粒間孔隙,也包括層間孔及氣孔。次生孔隙就是指在沉積巖形成后,因淋濾、溶蝕、交代溶解及重結(jié)晶等作用在巖石中形成得孔隙和縫洞。44

(3)、次生孔隙得類型及識別標(biāo)志溶解孔隙、破裂孔隙和收縮孔隙。溶解對象可分別為碎屑顆粒、雜基、自生膠結(jié)物或自生交代礦物。次生孔隙得微觀識別標(biāo)志有:①膠結(jié)物部分溶解;②印模;③顆粒得不均一排列;④特大(超粒)孔隙;⑤漂浮顆粒;⑥伸長狀(貼粒)孔隙;⑦顆粒部分溶解;⑧晶內(nèi)孔隙;⑩粒內(nèi)溶孔以及顆粒及巖石中得破裂縫。沉積后作用階段劃分依據(jù)*粘土礦物(早成巖、中成巖、晚成巖、近變質(zhì))。*煤巖學(xué):成巖(泥炭)作用、后生(早、中、晚)作用、近變質(zhì)。*有機質(zhì)熱成熟度(鏡質(zhì)體反射率、孢粉顏色等)*地球化學(xué)環(huán)境(同生、深埋、表生)*埋深(淺成巖帶、中成巖帶、深成巖帶、超深成巖帶)45階段劃分方案沿革

★魯欣(1953)分為同生、成巖和后生(退后生、進(jìn)后生)等三個階段★葉連俊(1973)根據(jù)地球化學(xué)、地球物理環(huán)境分為海解(陸解)、早期成巖、晚期成巖和表生成巖(表生改造)等四個階段。★施密特和麥克唐納(V、SchmidtandD、A、Mcdonald,1979)分為早期成巖、中期成巖和晚期成巖三個階段;其中中期成巖作用根據(jù)有機質(zhì)變化程度分為未成熟、半成熟、成熟A、成熟B等四個階段。這一分類在油氣儲集層評價中應(yīng)用較廣泛。★中國石油天然氣總公司科技發(fā)展部把成巖作用劃分為同生期、早成巖期(A和B兩個亞期)、晚成巖期(A、B、C三個亞期)。4647四、成巖階段劃分及標(biāo)志

成巖階段得分析有助于了解巖石得形成和演化歷史,以及形成時得地球化學(xué)環(huán)境,對于油氣得生成和運移得研究也有很大幫助,對于確定一個地區(qū)得勘探目得層有著重要意義。對成巖階段得劃分及所使用得術(shù)語,目前還比較混亂,下面介紹石油行業(yè)“碎屑巖成巖階段劃分及標(biāo)志”(SY/T5477－2003)得一些內(nèi)容。(一)、成巖階段得劃分和命名

1、同生階段

2、早成巖階段:A亞期B亞期

3、中成巖階段:A亞期B亞期

4、晚成巖階段:

5、表生階段48

(二)、各成巖階段得主要標(biāo)志*(1)同生成巖階段得主要標(biāo)志同生成巖階段得主要標(biāo)志有:1)巖石(沉積物)疏松,原生孔隙發(fā)育;2)海綠石主要形成于本階段;3)鮞綠泥石得形成;4)同生結(jié)核得形成;

49

5)沿層理分布得微晶及斑塊狀泥晶菱鐵礦;6)分布于粒間及粒表得泥晶碳酸鹽,有時呈纖維狀及微粒狀方解石;7)有時有新月形及重力膠結(jié);

8)在堿性水介質(zhì)(鹽湖盆地)中析出得自生礦物有粉末狀和草莓狀黃鐵礦、她形粒狀方沸石、基底式膠結(jié)或斑塊狀膠結(jié)得石膏、鈣芒硝,可見石英等硅酸鹽礦物得溶蝕現(xiàn)象等。50淡水—半咸水介質(zhì)湖盆碎屑巖成巖階段劃分及主要標(biāo)志

1、早成巖階段(早成巖階段分為A、B兩期)

A早成巖階段A期

1)古常溫至65℃。

2)有機質(zhì)未成熟,其鏡質(zhì)組反射率RO<0、353)巖石弱固結(jié)一半固結(jié),原生粒間孔發(fā)育。

4)泥巖中富含蒙皂石及蒙皂石層占70％以上得伊利石/蒙皂石,統(tǒng)稱蒙皂石帶。

5)砂巖中一般未見石英加大,長石溶解較少,可見早期碳酸鹽膠結(jié)(呈纖維狀、櫛殼狀,微粒狀)及綠泥石環(huán)邊,粘土礦物可見蒙皂石、無序混層礦物及少量自生高嶺石。51

B早成巖階段B期

1)古溫度為65~85OC。

2)有機質(zhì)半成熟,鏡質(zhì)組反射率RO為0、35％一0、5

3)由于壓實作用及碳酸鹽類等礦物得膠結(jié)作用,巖石由半固結(jié)到固結(jié),孔隙類型以原生孔隙為主,并可見少量次生孔隙。

4)泥巖中蒙皂石明顯向伊利石/蒙皂石混層粘土礦物轉(zhuǎn)化,蒙皂石層占50％一70％,屬無序混層(有序度R=0),稱無序混層帶。。52

2、中成巖階段

A中成巖階段A期

1)古溫度范圍為85~140℃。

2)有機質(zhì)低成熟一成熟,鏡質(zhì)組反射率RO為0、5％～1、3％,孢粉顏色為桔黃一棕色,熱變指數(shù)TAI為2、5～3、7。

533)泥巖中得伊利石／蒙皂石混層粘土礦物,蒙皂石層占15％～50％,在某些有火成巖侵入得地層中或富含火山碎屑物質(zhì)得巖石中,蒙皂石和伊利石/蒙皂石混層粘土礦物得轉(zhuǎn)化和分布有時出現(xiàn)異常,應(yīng)綜合其她指標(biāo)進(jìn)行成巖階段劃分。

4)砂巖中可見晚期含鐵碳酸鹽類膠結(jié)物,特別就是鐵白云石,常呈粉晶一細(xì)晶,以交代、加大或膠結(jié)形式出現(xiàn),還可見其她自生礦物如鈉長石、濁沸石、片沸石、方沸石等。54

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