成岩作用

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  成岩作用汉语拼音:Chengyan Zuoyong;英语:diagenesis), 形成岩石的各种地质作用的统称。如岩浆成岩作用、变质成岩作用、沉积成岩作用、花岗岩化作用、混合岩化作用等。

原理

  通常所说的成岩作用是指沉积物被埋藏后,直到固结为岩石以前所发生的一切物理的和化学的(或生物)变化过程。一般包括沉积物的压实作用、胶结作用、交代作用、结晶作用、淋滤作用、水合作用和生物化学作用等。这些作用通常是在压力、温度不高的地壳表层发生的。当成岩物质被覆盖之后,由于厌氧细菌的作用,有机质腐烂分解,产生H2S、CH4、NH3和CO2等气体,促使碳酸基矿物溶解成重碳酸盐,高价氧化物还原成低价硫化物,酸性氧化环境变为碱性还原环境。此时沉积物质发生重新分配、组合,胶体矿物脱水陈化、压缩胶结,最终固结为岩石。成岩作用一词最早由德国学者C.W.冈贝尔(1868)提出,各国学者对这一名词所赋予的含义并不完全一致。

作用方式

  压实:上覆沉积物不断加厚,负荷压力增加,松散沉积物变得致密,体积减小,水含量减小。化学压实伴有颗粒间、颗粒与水的反应、新生矿物形成。

  水化:矿物与水结合为含水矿物,如硬石膏(CaSO4)转化为石膏(CaSO4·2H2O)。沉积盆地的沉积大都在水介质中进行,最初一般发生水化,随着埋藏深度加大,沉积物固结增强,逐渐发生脱水。

  水解:矿物在水作用下发生分解。水起着盐基的作用,提供氢氧离子。大多数硅酸盐矿物可发生水解,这与水介质的pH值有关,矿物水解中可有金属阳离子的游离。

  氧化、还原:大陆、海环境的沉积物表层常发生氧化,停滞的闭流盆地沉积物常发生还原。同生阶段,沉积常处于氧化、弱氧化环境(海解、陆解阶段),在成岩、后生期变为还原、弱还原环境。

  离子交换、吸附:水中呈离解状态的H+、OH-与遭受变化的矿物中的离子发生交换。水电离产生的H+,能置换矿物中的碱金属离子。在成岩、后生阶段,粘土矿物、沸石类矿物等,可进行离子交换、吸附。容易被吸附的是H+、OH-,然后是Cu2+、Al3+、Zn2+、Mg2+、Ca2+、K+、Na+;S2-、Cl-、SO42-。当H+、OH-离子被吸附后,吸附剂带有自由电荷。如粘土矿物常与盐基离子结合带负电荷,因此能从海水、溶液中吸附许多稀有金属。某些矿物吸附一些离子、进行离子交换后,转变为另一矿物。

  胶体陈化:胶体脱水、过渡为偏胶体,最后形成稳定的自生矿物,如蛋白石-玉髓-石英的变化。重结晶是后生中常见现象,压力增大(或伴有温度升高)下,体积缩小、矿物变为分子体积较小的变种。

  交代:发生在已固化的沉积岩内,对已有矿物的一种化学替代,在化学上它是保持晶形不变情况下的沉淀转化作用,主要发生在后生期、表生成岩期。经交代后常造成某些矿物的假象。

  结核:是在矿物岩石特征(成分、结构等)上与周围沉积物(岩)不同的、规模不大的包体,它可以产生在成岩的各个阶段,通常是化学、生物化学的产物。

  自生矿物形成:成岩、后生期,形成与各期介质条件平衡的自生矿物。如成岩期的莓状黄铁矿、菱铁矿、白云石、鳞绿泥石;后生期的赤铁矿、板钛矿、次生沸石、次生碳酸盐、云母类、自生长石。

  胶结:个别颗粒彼此联结,可通过粒间矿物质的沉淀、碎屑颗粒的溶解、沉淀、反应等方式完成。常用于表述颗粒岩石(如砂岩)。

  固结、石化:松散的沉积物转变为坚硬岩石,粘土岩、各种生物化学岩。各种未固结的沉积物,转变为坚硬岩石。

影响因素

  物质的成分、性质涉及自由能、形成络合物的稳定常数等,可影响物质成分在溶液中是长期保持迁移,还是很快沉淀。岩性因素(孔隙度、渗透性),决定溶液迁移的快慢、远近。强烈坳陷快速堆积、埋藏的地槽区,沉积岩可受较长时间、强烈后生作用,成岩阶段可能较短,稳定的沉积缓慢的地台区,沉积岩(物)可表现出较明显的成岩变化。

  水作用:后生变化几乎在水参加下进行。当溶液中的任何物质的活度系数减小,会加大克分子浓度、溶解度。盐类在水中要增大克分子浓度,减小活度系数值。因此,CaCO3在NaCl溶液中比在纯水中溶解更完全。盐水比纯水更有溶解力,有利于物质迁移。介质的Eh、pH条件对各种矿物(特别含变价元素、氢氧化物、氧化物的矿物)的稳定性影响较大。

  温度:可影响矿物结晶的地球化学性质、综合剂的电离化、OH-的活度、矿物的溶解度、溶液的流动性。

  压力:可影响矿物的溶解度,埋藏较浅时,一般只发生机械压实,埋藏较深时,可能出现化学压实。压力下,矿物的转化趋向为分子体积较小的变种。

  生物活动(细菌):可改变介质的Eh值、pH值,使沉积物发生变化。还可提供某些物质,如脱硫细菌的作用可分解出H2S,参与形成硫化物。腐殖质在溶解不溶性盐类释出金属离子、溶解矿物、硅酸盐,延迟金属的沉淀、对金属的螯合作用、阳离子的交换、表面吸收等方面,起很大作用。

  气候:在潮湿气候带的海盆地,可发生海解、成岩、后生、表生成岩、变质作用。在干旱的大陆环境中,有机质的作用很弱,成岩、后生阶段划分不明显,由于高矿化度的上升水作用强烈,表生成岩作用显著(盐渍化、碳酸盐化等)。