Question

成岩作用的阶段划分

Answer 1

在基底沉降幅度不断加大的盆地中，较早形成的沉积物将被逐渐埋入地下，若构造抬升使盆地回返，它们又将随上覆沉积物的剥蚀而逐渐趋向地表。在这个过程中，相应的成岩作用必将随作用条件的改变而改变。为此，人们常将整个成岩作用的时空演化划分为不同时期或阶段，尽管不同人在术语使用上还有分歧甚至有点混乱，但划分的思路和原则基本上还是一致的。现将几种有影响的和本教材使用的划分方案对照性地列在表14-1中，并按本教材使用的方案对有关术语的涵义介绍如下。

表14-1 成岩作用的几种阶段划分方案

1）成岩作用

目前对成岩作用（diagenesis）的理解还不统一，有人将其等同于固结作用（consolidation）（狭义成岩作用），本教材的成岩作用泛指沉积物从最后沉积或静止下来的那一时刻起直到它开始变质或遭受风化之前所经历的所有作用（广义成岩作用）。按作用进行的时间先后，成岩作用又分为早、晚两期。

2）早期成岩作用

早期成岩作用（early diagenesis）指沉积物固结之前的成岩作用，其结果是沉积物的固结。按作用条件与沉积环境的关系，早期成岩作用可分为同生作用和浅埋成岩作用。

3）同生作用

同生作用（syndiagenesis）指沉积物刚刚沉积、还暴露在沉积环境底层水中、在沉积物-水界面及其以下的一薄层内所发生的一切物理、化学或生物作用。同生作用在沉积物内的向下作用深度与沉积物的粒度、成分和有机质含量等有关，大致在几毫米到几十厘米之间，作用条件，尤其是作用时的物化条件如pH值、E_h值、温度、盐度等与沉积条件基本相同，因而同生作用中的化学或生物过程实际上就是沉积作用在成岩作用中的继续，其作用产物常直接参与沉积结构的形成，常见的颗粒状或填隙状海绿石、深海铁锰结核等就是这方面的典型代表。其他同生作用还包括特定条件下矿物的溶解、生物钻孔、掘穴等等。同生作用的持续时间取决于沉积速率，在缓慢沉积速率下，沉积物表层可长期暴露在底层水中，相应的同生作用可持续几万年或更长时间；而快速的沉积速率会使沉积物很快埋藏，同生作用将来不及进行而直接进入到浅埋成岩作用中。

4）浅埋成岩作用

浅埋成岩作用（shallow buried diagenesis）指同生作用之后一直到沉积物固结为止发生在沉积物内部的一切物理、化学和生物作用。这时沉积物的埋藏还相对较浅，但逐渐脱离了沉积环境。伴随上覆沉积物厚度的增大，浅埋成岩作用条件的总体变化趋势是温压升高、E_h值降低，而pH值则受沉积物成分和孔隙水之间化学作用的控制。在整个作用过程中，沉积物体积逐渐减小，密度逐渐增大，孔隙水通常都可通畅而缓慢地移动。厌氧细菌的间接生物化学作用常可活跃到相当大的深度，它是造成E_h值降低的重要原因。在这样的作用条件下，一些矿物可能被孔隙水溶解，另一些矿物则可从孔隙水中沉积出来充填在各种孔隙内。经过这一阶段，原松散的沉积物将转变成坚固的沉积岩。浅埋成岩作用的底界埋深取决于沉积速率、沉积物成分和结构，通常这个底界在陆源碎屑沉积物中较大，在碳酸盐沉积物中较小，泥级质点（如粘土、碳酸盐泥晶）含量愈少，底界埋深愈大，但一般不小于几米到几百米。

5）晚期成岩作用

晚期成岩作用（late diagenesis）指沉积物固结之后的成岩作用，是已固结沉积岩的成分、结构和构造等的进一步变化。按作用条件，晚期成岩作用又分为深埋成岩作用和表生成岩作用。

6）深埋成岩作用

深埋成岩作用（deep buried diagenesis）指已固结的沉积岩在上覆沉积物厚度进一步加大、温压进一步升高直到变质作用之前所经历的所有作用。关于该作用的最高温压值目前还有不同意见，大体是当压力为0.15～0.2GPa，温度为150～200℃，即将首次出现特征变质矿物（如浊沸石）作为该作用结束的标志。在深埋成岩作用中，生物作用一般都已停止，沉积物中的孔隙已大大减少，相互连通性也变差，孔隙水大多已成为“囚水”。但是，当较高压力使固结岩石产生大量裂隙时，也会有地下流体顺裂隙通过而导入较多外来物质。在该作用阶段，岩石的成分和结构等都会顺应物化条件的改变而改变。若改变强烈，原始的沉积成分和结构以及早期成岩作用产物都将遭到破坏。已固结岩石是否会经历深埋成岩作用取决于盆地的沉降幅度和当时当地的地温梯度。通常在活跃的构造背景中，该作用很强烈，而在稳定的构造背景中，该作用则比较微弱。

7）表生成岩作用

表生成岩作用（epidiagenesis）指坚固沉积岩因盆地回返而逐渐上升到潜水面附近时受渗流和潜流大气降水影响所发生的作用。作用条件接近地表的常温常压，E_h值较高，盐度很低，pH值则在渗流水中较低（中偏弱酸性），在潜流水中较高（中偏弱碱性），作用强度取决于岩石成分和孔隙状况。通常碳酸盐矿物要比石英和硅酸盐矿物等对淡水更敏感，而孔隙愈少愈对作用的进行不利，因而并不是所有沉积岩都会留下表生成岩作用的印记。表生成岩作用也是对已固结沉积岩的成分和结构等的改造，对它之前的沉积或成岩特征也有覆盖或破坏作用，但对最终产出的沉积岩而言，它仍具有一定建设性意义，由此可将它与风化作用区别开来。