碳酸盐岩成岩作用综述.docx

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碳酸盐岩成岩作用综述

碳酸盐岩成岩作用综述

【摘要】我国碳酸盐岩经历了多期次、多种类型的成岩作用。

在各种成岩作用中，溶解、白云石化、压溶、破裂等作用，使原岩产生大量次生孔隙，从而改善了其储集性，可称之为建设性成岩作用：

而重结晶、胶结和压实等成岩作用，因为降低了碳酸盐岩的原生和次生孔隙度，称之为破坏性成岩作用。

两者的综合效应控制和影响了碳酸盐岩储集性的优劣。

本文简述了碳酸盐岩成岩作用对其储集性能的影响。

【Abstract】CarbonaterocksinChinahasexperiencedmanytimes,varioustypesofdiagenesis.Inallkindsofdiagenesis,dissolution,dolomitization,pressuresolution,rupture,theoriginalrockproducedplentyofsecondarypores,therebyimprovingthereservoirquality,canbecalledtheconstructivediagenesis:

butrecrystallization,cementationandcompaction,diagenesis,becauseofreducedcarbonatenativeandsecondaryporosity,calleddestructivediagenesis.Thecomprehensiveeffectofbothcontrolandaffectthesetofcarbonatereservoirquality.ThispaperdescribestheCarbonateDiagenesisinfluencesetpropertiesonthereservoir.

1碳酸盐岩成岩作用研究现状

20世纪50年代,碳酸盐岩成因观点由化学成因转变到生物碎屑或生物成因的观点。

这是一个划时代性的革新,自此而使碳酸盐岩的研究走上了崭新的阶段;而后,碳酸盐岩研究又面临新的挑战,即由于碳酸盐岩微生物（Microbials）成因观点的提出。

这一成因观点主要认为菌、藻类等微生物在碳酸盐岩沉积和成岩中发挥了巨大的作用,这一观点成了国际上碳酸盐沉积成因研究的热点。

碳酸盐沉积物的成岩作用过程包括沉积物形成之后到发生高温变压变质作用之前的所有作用。

现代和古代的碳酸盐沉积物的原始矿物成分主要为文石、高镁方解石和低镁方解石的混合物。

前两者处于亚稳定状态,大多数情况下它们将会在成岩过程的某个时期转变成稳定的低镁方解石。

从近地表大气淡水和较深埋藏孔隙水中沉淀而成的胶结物则可包括上述三种碳酸钙矿物。

地层一记录中的大多数古代石灰岩完全由低镁方解石组成,因此,成岩作用研究常包括识别各种胶结物的原始矿物成分及其对孔隙溶液化学成分的影响,以及判定胶结物沉淀和转变作用发生的时间。

此外,成岩作用对沉积物颗粒的影响在成岩研究中也极为重要。

樊爱萍（2009）对成岩环境、成岩流体、成岩模拟实验、成岩相、成岩作用与沉积相的结合、成岩作用与层序地层学的交叉、成岩作用在层控固体矿床中的应用,以及早期成岩作用等8个方面对成岩作用的研究进展进行了总结,并在此基础上,简要分析了成岩作用研究未来的发展方向。

成岩作用研究主要从宏观的成岩环境和微观的成岩作用两个方面进行。

宏观主要是指成岩作用所发生的成岩环境,主要包括海水成岩环境,淡水成岩环境和埋藏成岩环境三种;微观的成岩作用的研究主要涉及的容为:

溶解,胶结,压实和压溶,新生变形,重结晶,白云石化,微生物泥晶化作用等。

控制这些成岩作用过程的因素主要包括沉积物矿物和化学成分、孔隙溶液的化学成分和流速、沉积物受埋藏抬升的历史、海平面变化以及气候条件等。

成岩作用始终贯穿着沉积和沉积成岩的全过程。

虽然成岩变化过程中并没有清晰的边界,但是总的来说早期成岩作用和晚期成岩作用是用来指示成岩过程的相对时间。

早期成岩作用是Bemer于1980年首先提出,指的是成岩作用发生在沉积之后或者埋藏之初。

晚期成岩作用发生在沉积后的相当长的一段时间,因此一般来说晚期成岩作用对岩层的改造起到了决定性的作用。

2碳酸盐岩的成岩作用

2.1溶解作用

溶解作用的条件及产物

条件：

碳酸盐沉积物或碳酸盐岩中孔隙水的性质发生变化，就要引起碳酸岩矿物或质点的溶解作用。

为了保持长期而稳定的溶解过程，孔隙水既要不饱和又要有流动性。

这样才能不仅使碳酸盐溶解，而且能将溶解的物质带走。

产物：

碳酸盐岩或碳酸盐沉积物的溶解一般属于一致溶解的畴，溶解作用的最终产物是次生孔隙（溶解孔隙）

次生孔隙的类型

晶间孔隙：

主要见于次生白云岩中，由交代作用形。

由于菱形的白云石晶体的随机生长伴随着粒间未被交代部分的溶解作用而形成的。

溶膜孔隙：

溶膜孔隙是由于沉积物或岩石中原生组分的选择性溶解而形成。

这些原生组分包括鲕粒、介壳和蒸发矿物等。

孔洞和溶沟：

这种孔隙是与原生结构无任何关系的溶解作用造成的。

具残余鲕粒结构白云岩，飞仙关组，单偏光

4×10粒间溶孔发育，埋藏溶解作用

颗粒云岩，螺化石、藻屑溶孔

2.2重结晶作用和矿物多相转化

重结晶作用：

单纯的重结晶作用是指：

在成岩过程中矿物的晶体形状和大小发生变化，而主要矿物成分不发生改变的作用。

一般将晶体趋于加大的现象称为“进变新生变形作用”，一般将晶体趋于缩小的现象称为“退变新生变形作用”。

这两种作用的代表性产物分别为“微亮晶”和“泥微晶”。

矿物的多相转化作用：

现代浅海的碳酸钙沉积物主要是由文石，高镁方解石和低镁方解石组成。

古代石灰岩却是由低镁方解石组成的。

这一现象说明，文石和高镁方解石在成岩过程中都已转变成为低镁方解石。

文石向方解石转化是通过晶体间的溶液薄膜进行的，包括湿态的同质多相转变和湿态重结晶作用，其转化过程可能是通过文石在极小的围溶解和立刻沉淀出方解石而完成的。

在这一转化过程中还发生了微量元素锶的丢失，这说明文石向方解石转化是一种湿态过程。

2.3胶结作用

仅发生于粒屑灰岩中，胶结作用与沉积作用可视为同步（何起祥，1978）。

胶结物主要为碳酸盐类矿物，有四种主要类型，即方解石（低镁方解石）、文石、镁方解石（高镁方解石）和白云石。

常见的胶结组构有：

针状：

胶结作用早期，砂屑灰岩被纤维状文石晶体部分胶结，文石从碎屑颗粒的表面向外生长。

粒状：

砂屑灰岩中腕足类介壳碎屑及碎屑被等粒状方解石胶结。

等轴生长：

在砂屑灰岩中海百合为干净的方解石所环绕，形成共轴生长边。

嵌晶：

包含数个颗粒的粗晶或连片胶结物。

碳酸钙胶结物的沉淀作用影响因素：

溶解离子、结晶速度底质的矿物成分与晶体结构。

在碳酸钙胶结物的沉淀环境中存在的溶解离子主要为：

镁离子和钙离子。

碳酸钙沉淀时受Mg/Ca比值影响。

Mg/Ca比值不同，形成的矿物及组构也不同。

在富镁离子的条件下，形成文石和高镁方解石。

正常情况下，形成方解石。

方解石晶体是由CO32-离子和Ca2＋离子层交替组成，结晶C轴与离子交替层垂直。

溶液中的Mg2＋进入正在生长的晶体顶端的Ca2＋层部占据了某一钙离子的位置。

当晶体继续生长，其上很快被1个新的Ca2＋生长层覆盖。

晶体沿着被掩埋的C轴方向继续生长，会把晶体构造中的缺陷隐藏下来，以这种方式进入方解石晶格的少数镁离子对晶体的生长并无影响。

镁离子进入Ca2＋层裸露边缘位置，由于镁的离子半径较小，当晶体继续生长时，其上下层的CO32-层将向Mg2＋方向收敛并把它包围起来，导致晶体构造发生变形。

当晶体进一步生长时，离子半径较大的Ca2＋再也不能进入这一Ca2＋层。

由于这一原因，晶体的侧向生长受到了限制，但这时沿C轴方向的生长并受到镁离子的毒害，因而生长迅速。

这样便形成了数微米宽的纤维状或泥晶陡斜菱面体高镁方解石。

结晶速度，胶结物的结晶速度控制着晶体的大小和形态。

结晶作用和成核作用速度缓慢，有利于较大晶体如纤维晶和粒状晶体的形成。

结晶速度快，往往形成泥晶结构。

在极度低镁的环境中，如在淡水中，快速的沉淀作用使方解石形成六边形的板状晶体或矮胖六方柱晶体。

胶结物的世代，充填孔隙的胶结物有世代关系。

早期胶结物一般垂直于粒屑的边部生长，具有栉状组构特征。

晚期胶结物多为具镶嵌组构的粒状方解石。

一般认为早期方解石胶结物可能系海水成因的文石或高镁方解石经成岩变化而成，晚期的胶结物可能为淡水（Lindholm，1974）或可能为深埋的地下水或原生水（Folk,1974）所形成。

亮晶鲕粒灰岩早期：

纤状等厚环边胶结物、晚期：

粒状胶结物具两世代胶结作用

单偏光，（10×10）

2.4交代作用

碳酸盐沉积物或碳酸盐岩中的交代作用十分活跃，常见的交代作用包括：

白云岩（石）化、去白云岩（石）化、硅化、硫酸盐化、菱铁矿化和黄铁矿化等。

白云岩化作用：

按成因白云岩分为原生白云岩，次生白云岩。

自然界以交代成因的次生白云岩为主。

渗滤回流作用（Adams和Rhodes，1960）利用该模式来解释得克萨斯二叠纪白云岩的分布。

海岸泻湖的强烈蒸发作用使海水浓缩；石膏的沉淀，把Ca2＋从水中移走，增加了Mg2＋这浓度；富Mg2＋的残留卤水比泻湖之下沉积物中充填的正常海水要重，因而向下渗流；富Mg2＋水体流经先期沉淀的碳酸盐沉积物，引起白云岩化作用。

去白云岩化作用：

方解石交代白云石的作用叫做去白云岩化作用。

（1）方解石晶体含有未交代完全的白云石残余，形成特征的“嵌晶组构”。

方解石常呈白云石菱面体的假象存在。

常常保存白云石的残余组构的痕迹。

增加体积13%，但仍然可以见到菱形溶孔。

去白云岩化作用发生的条件：

（1）在富含硫酸盐的地下水作用下完成的；其反应式：

CaMg（CO3）2＋CaSO4·2H2O→2CaCO3+MgSO4+2H2O

（2）是在近地表条件下发生的（解决膏盐溶解问题）。

（3）发生在不含石膏的地区；这时硫酸盐离子可能是由黄铁矿或其它硫化物的氧化而成。

中晶云岩，白云石环带状，部暗色环边为方解石，晶间为泥晶方解石充填

石膏化和硬石膏化：

石膏和硬石膏交代碳酸盐矿物或组分的现象叫石膏化或硬石膏化。

该作用的发生可能与含硫酸盐的孔隙水的活动有关。

在地下，石膏为硬石膏交代。

常见于干旱气候。

去石膏化作用：

硬石膏或石膏被碳酸盐矿物交代的作用叫去石膏化作用去石膏化常与地表淡水和细菌的作用有关。

可能反应：

6CaSO4+4H2O+6CO2→6CaCO3+4H2S+11O2+2S此外，在地表去白云石化时，也可伴有去石膏化作用。

亮晶砂屑含膏云岩，残余砂屑，白云石与硬石膏胶结，无孔隙

膏质白云岩，石膏发育，硬石膏作用，飞仙关组，单偏光，4×10

2.5压实作用和压溶作用

压实作用包括化学压实作用机械压实作用

化学压实作用及组构：

缝合线构造是溶解压实组构的唯一表现形式。

缝合线往往由难溶的黏土矿物构成，溶解的石灰岩数量往往很大，是胶结物（Caco3）的主要物质来源。

机械压实作用及组构：

机械压实作用主要表现为塑性变形和破裂两种类型：

塑性变形组构：

颗粒的凹凸接触：

一个颗粒变形后形成凹入坑，相邻颗粒的一部分嵌入其中。

颗粒的线状接触：

颗粒变形后以长轴紧密接触。

单个颗粒变形：

如变形鲕粒，变形砂屑等。

脆性破裂组构：

放射状破裂：

以由颗粒中心向四周辐射的微小破裂为特征。

断裂：

颗粒破裂成几部分，但仍互相接近。

撕碎破裂：

1个颗粒被破碎成大致相等的两部分，可见位移的迹象。

剥离：

颗粒表面发生片状剥离，偶见于变形鲕状石灰岩中。

压实压溶，泥晶灰岩缝合线含油，并有高岭石充填

3结论

在各种成岩作用中，溶解、白云石化、压溶、破裂等作用，使原岩产生大量次生孔隙，从而改善了其储集性，可称之为建设性成岩作用；而重结晶、胶结和压实等成岩作用，因为降低了碳酸盐岩