成岩作用

成岩作用是指沉積物在埋藏後，固結為堅硬岩石，受到變質、風化作用前的各種物理、化學、生物的變化。其中沉積物變為沉積岩的變化，是狹義的成岩作用。它也是岩石循環的一個過程。

沉積後，沉積物連續埋藏，被溶解物中的礦物膠結。沉積物的顆粒，岩石碎片、化石可在成岩時被其它礦物交代。在成岩時孔隙度常會減小，除礦物溶解、白雲石化作用。研究岩石的成岩作用常用於了解它們的構造史，及通過它們的流體的性質和類型。從商業角度，這些研究可幫助評估發現各種經濟上可行的礦藏的可能性以及石油資源。 成岩作用過程同樣在骨頭的分解中有重要作用。

階段

成岩

沉積物被新的薄層沉積物掩蓋，與原沉積環境隔絕。引起成岩的一個重要因素是厭氧細菌，導致介質的pH值急劇增大，Eh值降低。如莓狀（球狀）黃鐵礦就是這一時期形成的有代表性的礦物。

成岩作用中，低溫反應常放熱，伴有絡合物形成。有利於有機質轉化為石油、某些元素的遷移、富集、沉澱。在富含細菌的還原條件下，許多較大分子被破壞，植物分解，只保存穩定的木質部分。

成岩持續時間、深度，取決於沉積物成分、結構、有機組分、堆積速率、水深等。下界相當於細菌作用消失的深度，厚約1～100米。成岩發生在埋藏不深的地帶、無垂直貫通裂隙的沉積物中，主要是本層物質的遷移、重新分配組合，幾乎沒有外來物質參加。溫度不高，壓力不大。自生礦物顆粒不大，新生礦物或其集合體的分佈受層理控制，可穿過層理，但不穿過層面。礦物常為鹼性、還原條件下的產物。

後生

後生作用的發生，與較高的溫度、壓力、外來物質加入有關，強度常取決於大地構造。在構造變動劇烈的造山地帶，由於最初地殼強烈下沉、上覆巨厚沉積的負荷、後來強烈構造力的疊加，岩石發生強烈變化，甚至變質。在構造變動較弱、埋藏不深地區，作用不明顯。由於靜水壓、負荷壓、構造應力等，沉積物中可出現大量的裂隙，有助於水溶液的流動。後生作用的介質常為鹼性至弱鹼性、弱還原條件。

後生階段因溫度、壓力高，作用時間長，形成的新生礦物晶體粗大，由於外來物質的加入，新生的自生礦物性質常與本層物質無關，其分佈不受原生構造（層理）的控制。既可穿過層理，也可穿過層面。最常見的是交代、重結晶、次生加大等。形成的自生礦物反映了後生期介質的pH、Eh特點，為比重大、分子體積較小的變種。如成岩早期形成的莓狀黃鐵礦，會轉變成立方體黃鐵礦等。

影響因素

• 物質的成分、性質涉及自由能、形成絡合物的穩定常數等，可影響物質成分在溶液中是長期保持遷移，還是很快沉澱。岩性因素（孔隙度、滲透性），決定溶液遷移的快慢、遠近。強烈坳陷快速堆積、埋藏的地槽區，沉積岩可受較長時間、強烈後生作用，成岩階段可能較短，穩定的沉積緩慢的地台區，沉積岩（物）可表現出較明顯的成岩變化。
• 水作用：後生變化幾乎在水參加下進行。當溶液中的任何物質的活度係數減小，會加大克分子濃度、溶解度。鹽類在水中要增大克分子濃度，減小活度係數值。因此，CaCO3在NaCl溶液中比在純水中溶解更完全。鹽水比純水更有溶解力，有利於物質遷移。介質的Eh、pH條件對各種礦物（特別含變價元素、氫氧化物、氧化物的礦物）的穩定性影響較大。
• 溫度：可影響礦物結晶的地球化學性質、綜合劑的電離化、OH-的活度、礦物的溶解度、溶液的流動性。
• 壓力：可影響礦物的溶解度，埋藏較淺時，一般只發生機械壓實，埋藏較深時，可能出現化學壓實。壓力下，礦物的轉化趨向為分子體積較小的變種。
• 生物活動（細菌）：可改變介質的Eh值、pH值，使沉積物發生變化。還可提供某些物質，如脫硫細菌的作用可分解出H2S，參與形成硫化物。腐殖質在溶解不溶性鹽類釋出金屬離子、溶解礦物、矽酸鹽，延遲金屬的沉澱、對金屬的螯合作用、陽離子的交換、表面吸收等方面，起很大作用。
• 氣候：在潮濕氣候帶的海盆地，可發生海解、成岩、後生、表生成岩、變質作用。在乾旱的大陸環境中，有機質的作用很弱，成岩、後生階段劃分不明顯，由於高礦化度的上升水作用強烈，表生成岩作用顯著（鹽漬化、碳酸鹽化等）。

作用方式

• 壓實：上覆沉積物或是冰、土壤等不斷加厚，負荷壓力增加，鬆散沉積物變得緻密，體積減小，水含量減小。化學壓實伴有顆粒間、顆粒與水的反應、新生礦物形成。
• 水化：礦物與水結合為含水礦物，如硬石膏(CaSO4)轉化為石膏(CaSO4·2H2O)。沉積盆地的沉積大都在水介質中進行，最初一般發生水化，隨着埋藏深度加大，沉積物固結增強，逐漸發生脫水。
• 水解：礦物在水作用下發生分解。水起着鹽基的作用，提供氫氧離子。大多數矽酸鹽礦物可發生水解，這與水介質的pH值有關，礦物水解中可有金屬陽離子的游離。
• 氧化、還原：大陸、海環境的沉積物表層常發生氧化，停滯的閉流盆地沉積物常發生還原。同生階段，沉積常處於氧化、弱氧化環境（海解、陸解階段），在成岩、後生期變為還原、弱還原環境。
• 離子交換、吸附：水中呈離解狀態的H+、OH-與遭受變化的礦物中的離子發生交換。水電離產生的H+，能置換礦物中的鹼金屬離子。在成岩、後生階段，粘土礦物、沸石類礦物等，可進行離子交換、吸附。容易被吸附的是H+、OH-，然後是Cu2+、Al3+、Zn2+、Mg2+、Ca2+、K+、Na+；S2-、Cl-、SO42-。當H+、OH-離子被吸附後，吸附劑帶有自由電荷。如粘土礦物常與鹽基離子結合帶負電荷，因此能從海水、溶液中吸附許多稀有金屬。某些礦物吸附一些離子、進行離子交換後，轉變為另一礦物。
• 膠體陳化：膠體脫水、過渡為偏膠體，最後形成穩定的自生礦物，如蛋白石-玉髓-石英的變化。重結晶是後生中常見現象，壓力增大（或伴有溫度升高）下，體積縮小、礦物變為分子體積較小的變種。
• 交代：發生在已固化的沉積岩內，對已有礦物的一種化學替代，在化學上它是保持晶形不變情況下的沉澱轉化作用，主要發生在後生期、表生成岩期。經交代後常造成某些礦物的假象。
• 結核：是在礦物岩石特徵（成分、結構等）上與周圍沉積物（岩）不同的、規模不大的包體，它可以產生在成岩的各個階段，通常是化學、生物化學的產物。
• 自生礦物形成：成岩、後生期，形成與各期介質條件平衡的自生礦物。如成岩期的莓狀黃鐵礦、菱鐵礦、白雲石、鱗綠泥石；後生期的赤鐵礦、板鈦礦、次生沸石、次生碳酸鹽、雲母類、自生長石。
• 膠結：個別顆粒彼此聯結，可通過粒間礦物質的沉澱、碎屑顆粒的溶解、沉澱、反應等方式完成。常用於表述顆粒岩石（如砂岩）。
• 固結、石化：鬆散的沉積物轉變為堅硬岩石，粘土岩、各種生物化學岩。各種未固結的沉積物，轉變為堅硬岩石。

生烴的成岩作用

當動物植物在沉積時被埋葬，有機分子的成分在溫度和壓力升高的過程中被毀壞。這種轉換發生在埋藏的最初的幾百米，結果是產生兩種初級產物：乾酪根和瀝青。

通常被認為烴類是通過這些乾酪根熱量的改變形成的（油氣生物成因學說）。在這種方式，給一個特定的條件（與溫度特別相關），乾酪根通過化學過程如裂化或後生作用會分解形成烴類。

一個基於實驗數據的動力學模型能夠知道成岩作用的實質的變化，以及一個壓實孔隙方法的數學模型來研究溶解-析出原理。這些模型已經被廣泛地研究了，已在實際地質中應用。

成岩作用基於烴類起源和煤起源可分為：早、中、晚期成岩作用。在早期成岩作用階段泥岩失去孔隙水，形成少量或沒形成烴類，煤變成褐煤和次煙煤。在中期成岩作用時，發生粘土礦物脫水，石油主要在這一期產生，並形成低揮發煙煤。在晚期成岩作用時有機質裂化，產生干氣；發育貧煤。

參見

• 石化