成岩階段劃分是指碎屑沉積物沉積後經各種成岩作用改造直至變質作用之前所經歷的不同地質歷史演化階段。可劃分為同生成岩階段、早成岩階段、中成岩階段、晚成岩階段和表生成岩階段。
基本介紹
- 中文名：成岩階段劃分
- 外文名：Diagenetic stage division
- 學科：沉積學
- 依據：自生礦物的特徵等
- 階段：同生、早、中、晚成岩階段
- 標誌：A、B兩期
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術語和定義
(1)成岩階段(Diagenetic Stage):指碎屑沉積物沉積後經各種成岩作用改造直至變質作用之前所經歷的不同地質歷史演化階段。可劃分為同生成岩階段(Syndiagenetic Stage) /早成岩階段(Early Diagenetic Stage)、中成岩階段(Middle Diagenetic Stage)、晚成岩階段(Iate Diagenetic Stage)和表生成岩階段(Epidiagenetic Stage)。
(2)同生成岩階段(Syndiagenetic Stage):沉積物沉積後尚未完全脫離上覆水體時發生的變化與作用的時期稱同生成岩階段。
(3)表生成岩階段(Epidiagenetic Stage):指處於某一成岩階段弱固結或固結的碎屑岩，因構造抬升而暴露或接近地表，受到大氣淡水的溶蝕，發生變化與作用的階段。
成岩階段劃分依據
1、自生礦物的特徵
主要是指自生礦物的分布、形成順序及自生礦物中包裹體的均一溫度。它是劃分成岩階段的主要標誌，這是由於成岩過程中自生礦物的出現和分布有其一定物理、化學條件和特定地質歷史環境，它的形成和分布結合岩石結構構造變化能指示岩石形成發展過程。隨著地層溫度、壓力的變化和孔隙水化學性質的差異，在不同性質的水與岩石之間以及有機、無機之間的相互反應，就會出現不同類型自生礦物，所以自生礦物不僅可提供有關成岩過程中水介質性質的演變資料，同時也具有一定地質溫度計意義。
石英次生加大在儲層中也分布普遍，根據加大發育程度，特別是次生加大部分的包裹體溫度也可對其形成順序和階段作出判斷，如弱的石英加大曾測得包裹體溫度為65+5℃，隨成岩溫度的增加，曾分別測得加大的包裹體溫度有87℃、90℃、126℃和155℃等，由此確定的成岩溫度，為成岩階段劃分提供了重要依據。
2、粘土礦物組合及伊/蒙的轉化
它們是劃分成岩階段的重要依據。在我國陸相碎屑岩中，蒙脫石存在兩種演變途徑：一是在富鉀的水介質條件下向伊利石/蒙脫石（I/S）混層粘土礦物的轉化，最終演變為伊利石；二是在富鎂的水介質條件下向綠泥石/蒙脫石（C/S）混層轉化，最後演變為綠泥石。這兩種演變，以前者在陸相湖盆中較為常見。而C/S混層的出現對指示水介質性質有一定意義，一般在乾旱氣候或地層水礦化度較高，並具鹼性水介質條件的儲層中有分布。
3、有機質成熟度指標
有機質熱成熟度是時間和溫度的函式，因此，是成岩階段進行劃分的主要地化指標。通常是套用鏡質組反射率、孢粉顏色、熱變指數及最大熱解峰溫等指標來劃分有機質的熱成熟階段。按有機質的成熟度可分為未成熟、半成熟、低成熟、成熟、高成熟及過成熟等階段；它分別與蒙脫石經I/S混層的演變為伊利石的六個階段相對應（右表）。
4、岩石的結構、構造特點及孔隙類型。
主要是通過岩石內的構造特徵，尤其是膠結方式、世代現象、膠結類型進行判斷；另外，垂向剖面上孔隙的演化特徵通過能夠較好地反映成岩的演化階段，這是因為孔隙的演化本身就是成岩演化的結果。早成岩A期以原生孔隙為主，基本上無次生孔隙；早成岩B期開始出現次生孔隙，但仍以原生孔為主，屬混合孔隙發育帶；晚成岩A期次生孔隙大量發育，形成次生孔隙帶；晚成岩B期孔隙以少量次生孔隙和裂縫為主；至晚成岩C期，孔隙基本消失，儲集空間以裂縫為主。
5、古溫度
流體包裹體的均一溫度、自生礦物形成的溫度和I/S混層粘土礦物演化的溫度等。
各成岩階段標誌
廣義的成岩階段可分為同生、成岩及表生三大階段；就儲層的孔隙度演化而言，主要是成岩階段，成岩階段又可進一步劃分為早成岩和晚成岩。同生階段是指沉積物沉積後至埋藏前所發生的變化和作用時期；表生階段則是指沉積物固結深埋之後，因構造抬升而暴露或接近地表，受到大氣淡水的淋濾、溶蝕而發生變化與作用的階段。
早成岩階段
早成岩階段指沉積物由弱固結到固結成岩的階段，又可為A、B兩期。
（1）早成岩A期
①古溫度範圍為20℃～65℃；
②有機質未成熟，Ro<0.35%，孢粉顏色為淡黃色，TAI<2.0；
③岩石弱固結—半固結，原生粒間孔發育；
④一般未見石英加大，長石溶解也較少，可見早期碳酸鹽膠結（呈纖維、櫛殼狀、微粒狀）及綠泥石環邊；
⑤泥質岩中，富蒙脫石，也有蒙脫石在I/S混岩中占70%以上的無序混層粘土礦物（有序度R=0），統稱蒙脫石帶；
⑥砂岩石可見蒙脫石、無序混層礦物及少量自生高嶺石。
（2）早成岩B期
①古溫度範圍為65℃～85℃；
②有機質處於半成熟階段，Ro為0.35%～0.5%，孢粉顏色為黃色，TAI為2.0～2.5；
③在壓實作用和碳酸鹽、硫酸鹽類的膠結作用，岩石由半固結一固結。原生孔隙可保存，並可見少量次生孔隙；
④泥岩中，蒙脫石明顯向I/S混層粘土礦物轉化，蒙脫石層占70%～50%，屬無序混層（有序度R=0），稱無序混層帶；
⑤可見I級石英次生加大，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；
⑥在有的砂岩基質中雲霧狀燧石；
晚成岩階段
指岩石固結後，在深埋環境下直到變質作用前的階段、分為A、B、C三期。
（1）晚成岩A期
①古溫度範圍為85～140℃；
②有機質成熟，Ro>0.5%～1.3%，孢粉顏色為桔黃一棕色，TAI>2.5～3.7；
③可見晚期含鐵碳酸鹽類膠結物，特別是鐵白雲石，常呈粉晶一細晶，以交代、加大或膠結形式出現；
④長石等碎屑顆粒及碳酸鹽常被溶解，有的可見溶解殘餘，次生孔隙發育；
⑤石英次生加大屬Ⅱ級，大部分石英和部分長石具次生加大，自形晶面發育，有的見石英水晶體。在掃描電鏡下，多數顆粒表面被較完整的自形晶面包裹，有的自生晶體向孔隙空間生長，交錯相接，堵塞孔隙；
⑥砂岩的粘土礦物中可見自生高嶺石和I/S混層粘土礦物，呈晶須狀自生伊利石和葉片狀、絨球狀自生綠泥石，有時可見其自生礦物鈉長石、濁沸石、C/S混層粘土礦物等；
⑦在泥岩中的I/S混層粘土礦物中，蒙脫石層占<50%～>15%，其中<50%～>35%屑部分有序混層（R=0/R=1），35%～>15%屬有序混層（R=1），在某些有火成岩侵入的地層中或富含火山碎屑物質的岩石中以及富鉀的鹽湖水介質盆地中，蒙脫石和I/S混層粘土礦物的轉化和分布有時出現異常，應綜合其他指標進行成岩階段劃分。
晚成岩A期，根據I/S混層粘土礦物的演化，以蒙脫石層占35%或Ro0.7%為界，還可細分為A1和A2兩個亞期。
（2）晚成岩B期
①古溫度範圍為140～170℃；
②有機質處於高成熟階段，Ro在>1.3%～2.0%，孢粉顏色為棕黑色，TAI>3.7～4.0；
③砂岩中石英次生加大為Ⅲ級，薄片下幾乎所有石英和長石具有加大且邊寬，多呈鑲嵌狀；
④掃描電鏡下，顆粒間石英自形體相互連線，岩石已較緻密，有裂縫發育；
⑤有的含有鐵碳酸鹽類礦物，高嶺石明顯減少或缺失，有的可見濁沸石和鈉長石化；
⑥泥岩中有伊利石及I/S混層粘土礦物，蒙脫石層≤15%，屬超點陣有序混層（有序度為R≥3），統稱超點陣有序混層帶。
（3）晚成岩C期
①古溫度範圍170～200℃；
②有機質處於過成熟階段，Ro>2.0%～4.0%，孢粉顏色為黑色；
③岩石已極緻密，極少有裂縫發育，砂岩中可見晚期碳酸鹽類礦物以及鈉長石、榍石等自生礦物；
④石英加大屬Ⅳ級，顆粒間中縫合狀接觸，自形晶面消失；
⑤顆粒呈縫合接觸及有縫合線出現；
⑥砂岩和泥岩中代性粘土礦物為伊利石和綠泥石，並有絹雲母、黑雲母、混層已消失，稱伊利石一綠泥石帶。
