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后生作用

指沉积岩形成以后至变质作用以前,在埋藏较深条件下所发生的变化和作用。在后生阶段,温度和压力比较高,还可以有外来物质加入,作用的时间又长。因此可以形成较粗大的矿物晶体,新生矿物的分布不受层理控制。交代作用、重结晶作用普遍,压溶现象明显。后生作用除可形成石棉、水晶、萤石等非金属矿床外,近年来的研究还证明很多交代型金属硫化物矿床都与后生期的作用有关。在英美文献中“晚期成岩作用”与上述“后生作用”阶段相当。视地壳升降可划分为退后生作用 (表层后生作用) 和进后生作用(深层后生作用)。有机质成熟转化为油气主要发生于这一阶段。

沉积物在埋藏以后,至固结为坚硬岩石,在受到变质作用或风化作用之前的各种物理、化学和生物的变化。这是广义的成岩作用。其中,沉积物变为沉积岩的变化,也包括石化作用,是狭义的成岩作用。欧洲的一些学者把这一阶段称为早期埋藏阶段或浅埋作用阶段,美国一些学者则称为早期成岩阶段。沉积物固结为沉积岩以后至变质作用或风化作用之前所发生的变化称后生作用。 [1]

后生作用的发生,与较高的温度、压力以及外来(本层以外)物质的加入有关,因之后生作用的强度很大程度上取决于大地构造状况。在构造变动剧烈的造山地带,由于最初地壳强烈下沉和上覆巨厚沉积的负荷,以及后来强烈构造力的叠加,岩石可发生强烈的后生变化,甚至变质作用。而在构造变动较弱和埋藏不深的稳定地区,则可能只有不明显的后生作用发生。

由于静水压力、负荷压力及构造应力等力的作用,有助于水溶液的流动,促进后生变化的进程。后生作用的介质为碱性至弱碱性及弱还原条件,或近于中性的氧化-还原条件。后生作用带的上界,总的说是由成岩作用带的下界所决定,可达10000米。后生作用延续的时间可从10~10年至10~10年。在造山带,由于沉积物的快速升起,可能延续时间较短。

后生作用阶段因温度、压力高,作用时间长,因之所形成的新生矿物晶体粗大;由于外来物质的加入,新生的自生矿物性质常与本层物质无关,其分布不受原生构造──层理的控制。它既可穿过层理,也可穿过层面。最常见的是交代、重结晶、次生加大等。所形成的自生矿物反映了后生期介质的pH、Eh特点,而且是比重大、分子体积较小的变种。如成岩早期形成的莓状黄铁矿,会转变成立方体黄铁矿等。

有人提出进后生作用和退后生作用的概念,用来表示后生作用向变质作用及表生作用过渡的两种趋势。也有人提出成岩期的3个阶段:氧化还原阶段、以交代作用为特点的转移阶段和以生成云母类为特征的层状硅酸盐阶段。前者相当于本文的成岩阶段,后二者相当于此处的后生阶段。

影响后生作用的因素很多,如物质成分、物质本身的地球化学性质、沉积围岩的性质、岩相和岩性、地质构造环境、水的性质、pH值、Eh值、各种组分的活度(逸度)、温度、压力和有机质等。物质的成分和性质涉及其自由能、其形成络合物的稳定常数等,这些因素可影响物质的成分在溶液中是长期保持迁移状态还是很快沉淀下来。岩性因素包括其孔隙度和渗透性,决定溶液迁移的快慢和远近。强烈坳陷快速堆积和埋藏的地槽区,沉积岩可遭受较长时间和强烈的后生作用,其成岩阶段可能较短;稳定的沉积缓慢的地台区,沉积岩(物)则可能表现出较明显的成岩变化。岩相是一个综合的因素,不同的岩相可包括某些不同因素的综合作用。

水的作用十分重要,成岩后生变化几乎总是在有水的参加下进行的。当溶液中的任何物质的活度系数减小时,则会加大克分子浓度或加大其溶解度。所有的盐类在水中都要增大克分子浓度,减小活度系数值。因此,CaCO3在NaCl溶液中比在纯水中溶解得更完全。盐度高的水比纯水具有更高的溶解能力,更有利于物质的迁移。介质的Eh和pH条件对各种矿物(特别是含变价元素及氢氧化物或氧化物的矿物)的稳定性影响较大,由于沉积物埋藏后的变化通常是稳定相的平衡,Eh和pH值的变化就可以规定各种各样的矿物的稳定区。

温度的重要作用在于它可以影响矿物结晶的地球化学性质、综合剂的电离化、OH的活度、矿物的溶解度以及溶液的流动性。压力可影响矿物的溶解度,埋藏较浅时,一般只发生机械的压实,而埋藏较深时,则可能出现化学的压实作用。在压力的作用下,矿物的转化趋势是趋向分子体积较小的变种。

生物的生机活动(如细菌的活动)可改变介质的Eh值、pH值,促使沉积物发生变化。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、溶解矿物和硅酸盐、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。

成岩作用和后生作用的过程,很大程度上还取决于气候条件。例如在潮湿气候带的海盆地,可以发生海解作用、成岩作用、后生作用、表生成岩作用或变质作用、表生作用的全过程。而在干旱的大陆环境中,有机质的作用很弱,成岩作用阶段与后生作用阶段的划分不明显,由于高矿化度的上升水作用强烈,因而表生成岩作用显著(盐渍化、碳酸盐化等)。在冰川发育地区和火山作用地区,成岩后生作用的进程又有不同。但不管是潮湿气候或是干旱气候带,在特殊情况下,沉积物沉积后也可直接过渡为表生成岩阶段。例如,沙漠地区石英砂粒表面"沙漠漆"的形成,以及因上升的毛管水作用导致的胶结,黄土沉积中"砂姜"的形成等;河流堤岸沉积和近岸河漫滩沉积中的钙质结核,由于地表水和地下水的相互作用,形成胶结极坚硬的岩石。 [2]


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