成岩作用(diagenesis)是指在一定壓力、溫度的影響下，由鬆散的沉積物轉變為沉積岩的過程。成岩作用多發生在地下幾千米以內的地質環境中，成岩作用的主要方式有：壓實作用、膠結作用、重結晶作用和新礦物的生長。
基本介紹
- 中文名：成岩作用
- 外文名：diagenesis
- 提出人：C.W.岡貝爾
- 主要產物：沉積岩
- 學科：地質學
- 形成機理：壓實、膠結、重結晶作用
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介紹
通常所說的成岩作用是指沉積物沉積後至岩石固結，在深埋環境下直到變質作用之前發生的物理、化學的變化，以及埋藏後岩石又被抬升至地表或接近地表的環境中所發生的一切物理、化學變化。直到固結為岩石以前所發生的一切物理的和化學的（或生物）變化過程。
當成岩物質被覆蓋之後，由於厭氧細菌的作用 ，有機質腐爛分解 ，產生H2S 、CH4、NH3 和CO2 等氣體 ，促使碳酸基礦物溶解成重碳酸鹽 ，高價氧化物還原成低價硫化物，酸性氧化環境變為鹼性還原環境。此時沉積物質發生重新分配、組合，膠體礦物脫水陳化、壓縮膠結，最終固結為岩石。成岩作用一詞最早由德國學者C.W.岡貝爾（1868 )提出，各國學者對這一名詞所賦予的含義並不完全一致。
成岩作用階段劃分
成岩作用一般分為四個階段：同生階段、成岩階段、後生階段和表生成岩階段。
（1）同生階段
是指沉積物沉積下來與底水脫離接觸之前；介質一般為中-酸性，氧化條件；形成海綠石、鈣十字沸石、鐵錳結核等礦物。還可以形成底棲生物鑽孔、生物擾動及變形結構。
（2）成岩階段
是指沉積物與底水脫離接觸，但粒間水可以自由運動的時期；介質呈弱鹼性-鹼性，還原條件。形成球狀黃鐵礦、玉髓、粘土礦物結晶等組合。形成成岩結核。
（3）後生階段
是指沉積物已經固結成堅硬岩石，粒間水已成為囚水，直至岩石變質之前；介質呈鹼性，弱還原條件。形成自生長石、石英。形成後生結核。
（4）表生成岩階段
是指岩石被抬升至地表潛水面以下，在滲透水和淺部地下水的影響下發生變化的時期。介質成弱酸性-酸性，氧化-弱還原條件，具溶蝕、交代、以及重結晶結構。形成粘土和矽質礦物、氧化礦物、碳酸鹽、硫酸鹽礦物。以及表生結核、細脈等。
作用機理
疏鬆沉積物經過一定的物理、化學、生物化學以及其他的變化和改造(如水分擠出、孔隙度減小、密度加大、膠結、重結晶、化學成分變化形成新礦物等)，變成沉積岩的過程稱為成岩作用。成岩作用是沉積岩形成的最後階段。沉積物的成岩作用是很複雜的，主要包括以下幾個方面。
壓實作用
由於上覆沉積物逐漸增厚，壓力也不斷增大，因此，沉積物中的附著水逐漸排出，顆粒間的孔隙減少，體積縮小，顆粒之間的聯繫力增強，進而使沉積物固結變硬，這就是壓實作用(compaction)。壓實作用是黏土沉積物成岩作用的主要方式，例如新鮮的黏土沉積物孔隙度可達80%，壓實成頁岩後孔隙度可減少至20%甚至更小。
隨著壓力的增大，溫度也有增加。在溫度和壓力作用之下，沉積物不僅排出顆粒之間的附著水，而且許多含水膠體和含水礦物也會產生失水作用而變為新礦物，例如，蛋白石變為玉髓，褐鐵礦變為赤鐵礦，石膏變為硬石膏等。礦物失水也可引起沉積物體積收縮現象。
膠結作用
填充在沉積物孔隙中的礦物質將分散的顆粒粘結在一起稱為膠結作用(cementation)。最常見的膠結物質成分是矽質、鈣質、鐵質、黏土質等。這些物質是與沉積物同時形成的，或者是在成岩過程中形成的新礦物，也可以是後來地下水帶來物沉澱的。膠結作用是碎屑沉積物成岩作用的主要方式，如礫石和砂被膠結後形成礫岩和砂岩。
重結晶作用
沉積物受溫度和壓力影響重新結晶，使非結晶物質變成結晶物質，使細粒結晶物質變成粗粒結晶物質，這個過程稱為重結晶作用(recrystallization)。一般說，顆粒細、易溶解的沉積物，容易產生重結晶作用。重結晶後，沉積物孔隙減少，密度增大，形成堅硬岩石。重結晶作用是各類化學沉積物和生物化學沉積物成岩作用的主要方式。
另外，當各種風化剝蝕物質被搬運到新環境中沉積時，常常隨著環境特點(例如氣候千濕變化、氧化還原條件等)的改變而發生變化形成新的礦物或新的礦物組合。如還原環境可以使高價化合物轉變為低價化合物等等。因此，在成岩作用過程中，不僅沉積物的物理特徵會發生變化，而且其化學成分也可通過氧化作用、還原作用、交代作用等發生改變。
沉積岩形成後還將發生一些變化。沉積岩形成以後，到風化作用和變質作用以前，這一漫長階段發生的變化稱為後生作用(epidiagenesis)。後生作用方式主要有膠體陳化、重結晶作用、淋濾和溶解作用、水化作用、壓溶作用、結核作用。
成岩作用和後生作用階段的一些作用可使岩石(或沉積物)中孑L隙度降低，另一些作用使岩石中的孔隙度增加。因此，成岩作用和後生作用對油氣儲集和油氣開發起著重要的作用，是石油地質學及開發地質學研究的重要內容之一。
