Question

沉积期后变化及其作用

Answer 1

1.沉积期后变化的阶段划分

原始物质经过搬运和沉积作用之后，变成了沉积物，此过程属于沉积物的形成阶段。在沉积物转化为沉积岩的过程中，它要经受一系列的变化，而且在沉积物变成沉积岩之后，也还要遭受长期的改造，这种改造作用一直要持续到变质作用或风化作用之前。一般把这些变化作用分为四个阶段，分别为同生阶段(或称海解阶段)、成岩阶段、后生阶段、退后生阶段，各阶段作用特征和过程如下:

同生阶段 指沉积物刚刚沉积于水底，与水体的底层水之间所发生的反应和变化过程。

成岩阶段 指原沉积物上面被新的沉积物覆盖后，它所遭受的物理和化学的变化，并使松散的沉积物固结成岩的过程。

后生阶段 是指沉积物固结成岩石之后，至变质作用或风化作用之前所发生的过程，称为后生阶段。

退后生阶 段是指埋藏较深的岩层被抬升到潜水面以下的近地表处，在常温常压条件下，在渗透水和浅部地下水的影响下所发生变化的时期。如被抬升到潜水面以上的近地表处，则进入有强烈大气水溶解作用有关的、已脱离退后生阶段的风化作用阶段。

2.沉积期后的变化的控制因素

沉积物脱离沉积环境进入沉积期后的变化阶段之后，由于所处的环境已与原环境不同，沉积物或岩石会发生成分、结构、构造的变化，以适应新的环境，在新的条件下建立新的物质和化学平衡。

引起沉积期后各阶段沉积物或沉积岩变化的控制因素可归纳为内因和外因两个方面:

内因 指影响沉积物或沉积岩变化的内在控制因素，包括:①沉积物或沉积岩的物质成分及结构构造特征;②组成沉积物或沉积岩的物质本身的地球化学性质，如溶解度、溶度积、自由能、化学位等;③岩石的物性特征，如孔隙度、渗透率和气水饱和度等;④沉积物或沉积岩的岩相特征等。

外因 指影响沉积物或沉积岩变化的外部控制因素，包括:①沉积物或沉积岩所处的地球化学环境，如水的类型和性质，pH、E_h、活度(a)、逸度(f)等;②沉积物或沉积岩所处的地球物理环境，如温度、压力;③地质构造环境、沉积层围岩的性质、沉积期后变化延续时间的长短等;④有机地球化学环境，如细菌的作用、有机质的作用及转化环境等。

这些因素均影响着沉积期后变化的作用性质和产物特征，详见表4－2。

表4－2 沉积及沉积期后各阶段环境特征与沉积物特征

3.主要的沉积期后变化

沉积期后变化归纳起来主要有以下几个方面:

(1)压实作用(compaction)

在上覆沉积物不断加厚情况下，重荷压力使松散的、非颗粒状沉积物(软泥、灰泥)的含水量减少，体积缩小，并使其致密化和固结的过程称为压实作用，而对颗粒状的沉积物紧密化的过程称压固作用。两者也可统称为压实作用，主要发生在成岩阶段。

影响压实作用的因素主要是:负荷力的大小(与埋深有关)、沉积物的粒度及成分、溶液的性质、温度和压实的时间等。

泥质沉积物的压实作用最为强烈，表现为含水量减少、孔隙度渐小、并可出现定向性，如瑞士楚格湖中现代沉积的粘土，在埋深0m时，含水量83.6%，孔隙度为92%;当上覆有3.6m厚的沉积物覆盖物后，粘土含水量减为70.6%，孔隙度减至85%。压实作用强时还发生粘土矿物成分的转化。

砂质沉积物的压实作用，初期也表现为含水量减少、孔隙度缩小，后期对碎屑矿物产生压裂、压碎、压溶及石英和长石碎屑的次生加大等现象。颗粒碳酸盐的压固也有相似的表现特征。

(2)压溶作用(pressure-solution)

在压力(静水压力或构造应力)作用下，沉积物或沉积岩内发生的溶解作用，称为压溶作用，其产物为缝合线(图4－6)。压溶作用既有物理作用，也有化学作用。在上覆沉积物的静压力作用下，孔隙溶液经常会发生迁移。随着压力的增加，溶解作用加强，在颗粒(或两种岩性)接触处发生溶解作用，由于各部分溶解速度不一致，故其接触线(缝合线)常呈锯齿状。压溶作用主要发生在后生阶段，但可从成岩阶段就开始有表现，沉积岩(主要是碳酸盐岩)中的缝合线构造和砂砾间的缝合接触即为压溶作用的证据。

图4－6 碳酸盐岩中的缝合线

(3)胶体的陈化及重结晶作用(recrystallization)

沉积物的矿物成分伴随溶解、局部溶解和固体扩散等作用方式，使组成矿物的物质质点发生重新排列组合的现象，称为重结晶作用。重结晶作用的强弱取决于物质成分、质点大小、均一性及密度等因素。一般而言，颗粒愈小表面积愈大，溶解度也愈大，愈易被溶解而向大颗粒集中，即愈易发生重结晶作用。重结晶作用也与物质成分有关，易溶的物质，如碳酸盐、盐类等矿物在成岩后生过程中很容易发生重结晶，形成粗大的晶体，温度及压力的增加，也能促进重结晶作用。重结晶的先后与矿物密度和结晶能力有关，一般是密度大而分子体积小和结晶能力大的矿物先发生重结晶。因此，在沉积岩中成为单独晶体或结核出现的往往是密度较大的矿物(如黄铁矿、菱铁矿)，在白云质灰岩中白云石的自形程度常较方解石好。

重结晶作用不仅使细粒、松散沉积物逐渐固结变粗、变硬，而且还可破坏沉积物的原始结构构造。如沉积物的颗粒大小、形状及排列方向等均可因重结晶作用而受到破坏，微细薄层理也可因重结晶作用而消失。

胶体的陈化是一种特殊的重结晶现象，即由非晶质物质变为半晶质－结晶质的现象。胶体陈化常伴有脱水、固结、裂隙化及角砾化现象，还可产生一些特殊的结构，如球粒结构。在硅质岩中有时可见到蛋白石转变成球粒状的玉髓。胶体的陈化在硅质岩、碳酸盐岩、粘土岩和菱铁岩中常可见到。

(4)交代作用(replacement)

交代作用发生在沉积物和沉积岩中，是对已存矿物的一种化学替换作用，作用过程中有物质的带出及带入，它可发生于沉积岩形成作用的各个阶段。交代顺序与元素活动性和浓度有关，一般规律为活动性元素易被相对惰性的元素交代，低浓度的元素易被高浓度的元素替换。交代作用是一种极为常见的作用，将在有关岩石中介绍。

图4－7 结核的成因类型

(5)结核的形成作用

结核是在矿物岩石学特征上(成分、结构、构造及颜色等)与周围沉积物/岩不同的、规模不大的包体。常是化学或生物化学作用的产物，它可产生于沉积岩形成作用的各个阶段，可划分为4种不同成岩阶段的类型(图4－7):

同生结核 如现代大洋底的铁锰结核、硅质结构等，它们可以是胶体物质围绕某些质点中心进行聚集，形成具同心结构的结核;也可以是胶体物质呈凝块状析出的结核，其成分与同时沉积的沉积物不同。

成岩结核 是已沉积的沉积物在转变成岩石的过程中，相同物质相对集中而成。

后生结核 常是交代作用的产物。

假结核 是风化作用的产物。

岩石中常见的结核就其成分来说有:碳酸盐质的、硅质的、铁锰质的等(有关各种结核的特征在“沉积构造”一节中介绍)。

(6)自生矿物的形成作用

实际上重结晶作用、胶体陈化、氧化与还原、溶解与交代、结核的形成及胶结作用等，都可产生一些新的、在某个阶段稳定的矿物，即广义的自生矿物，如表4－2所示。

(7)胶结作用(cementation)

胶结作用是指松散的沉积颗粒，被化学沉淀物质或其他物质充填联接的作用，其结果使沉积物变为坚固的岩石，并减少孔隙度。胶结作用可发生于各个成岩阶段:①在同生及成岩阶段形成的胶结作用称之为原生胶结作用，主要是通过沉淀稳定矿物、重结晶、胶体脱水与陈化等形成等方式，对松散沉积物进行胶结和固结成岩;②在后生及表生成岩阶段形成的胶结作用称之为次生胶结作用，其中后生期主要通过交代作用及次生加大作用使岩石进一步固结，表生期的胶结作用主要是在大气水条件下形成的新生矿物对已进入风化阶段的沉积岩进行的胶结作用。