當沉積物被埋藏之后，在有機質(zhì)、流體、溫度和壓力等地質(zhì)因素作用下，復雜而且深奧的成巖作用便開始登場，于是沉積物便由松散狀態(tài)逐漸演變?yōu)槌练e巖。研究發(fā)現(xiàn)，這個過程雖然復雜但是有序的，可被劃分為同生成巖作用（syndiagenesis）、后生成巖作用（anadiagenesis）和表生成巖作用（epidiagenesis）三個演化階段。

一、同生成巖作用

同生成巖作用是相對快速的淺埋改造作用，它以生物活動（如細菌導致的效應）為特征?？梢詣澐殖鰞蓚€亞階段：初始亞階段和早期埋藏亞階段。

初始亞階段是指沉積物粒間孔隙溶液中富含氧氣的階段。以常見的潮濕氣候帶海盆環(huán)境為例，當沉積顆粒沉降至沉積表面（一般是未固結(jié)的松散沉積物表面）而不再受擾動時，即可認為它已開始進入轉(zhuǎn)變?yōu)閹r石的過程。在這種情況下，沉積顆粒仍然與海盆底層水相接觸，而且可與底層水發(fā)生作用，使顆粒發(fā)生變化，作用的趨勢是使顆粒與底層水在化學上達成平衡。這一作用是在開放系統(tǒng)中進行的，介質(zhì)一般為酸性和氧化性質(zhì)。有人認為將此階段的作用概念用于海洋沉積時，稱為海解作用（或海底風化作用），用于大陸淡水環(huán)境時，稱為陸解作用。

早期埋藏亞階段出現(xiàn)在氧含量為零的界面以下，以喜氧細菌分解有機質(zhì)產(chǎn)生二氧化碳，厭氧細菌分解硫酸鹽產(chǎn)生方解石和硫化氫，后者導致硫化物沉淀為特征。當沉積顆粒被一層薄的沉積物覆蓋而被埋藏以后，顆粒即與底層水隔離，而不再受底層水影響。剛被埋藏的沉積顆粒最初仍與孔隙水和軟泥水保持平衡，這是因為孔隙水和軟泥水是與顆粒一起沉積的底層水，它仍保持原來底層水性質(zhì)的緣故。但是隨著時間的推移，沉積物中所含的有機質(zhì)及細菌的作用，使氧逸度（fo2）逐漸減小，同時產(chǎn)生NH3和H2S等，而使介質(zhì)變?yōu)閴A性和還原性質(zhì)，于是先沉積顆粒與孔隙水之間的平衡被破壞了，因而引起本層物質(zhì)的重新分配組合，一些新生物質(zhì)出現(xiàn)，另一些物質(zhì)被溶解，作用的趨勢是建立新平衡。隨著時間的推移，埋藏深度的增加，這種變化過程一直持續(xù)到有機質(zhì)分解作用和細菌作用趨于終結(jié)。由于新生物質(zhì)和新生礦物的生成與沉淀，上覆沉積物的加厚以及埋藏水的影響，導致了壓實作用，松散沉積物的孔隙度逐漸減小，并逐漸被膠結(jié)而成為固結(jié)的巖石。在這一階段中，上覆沉積物不厚，溫度和壓力的影響不大，基本上是與常溫常壓相近的低溫低壓條件。作用是在封閉系統(tǒng)中進行的，參加作用的組分限于本層，即在本層內(nèi)進行物質(zhì)的重新分配組合?；旧吓c本層之上或本層之下沉積層的成分無關(guān)，即沒有或很少有外來物質(zhì)的加入。該階段相當于歐洲一些學者所說的早期埋藏或淺埋階段。

二、后生成巖作用

后生成巖作用是指在時間較長（達億年）、埋藏較深（深達10km）情況下的改造作用（例如壓實作用、有機化合物的成熟化、大多數(shù)膠結(jié)作用以及硅酸鹽礦物的蝕變或新生作用）。即沉積物固結(jié)為巖石以后至變質(zhì)作用以前，在埋藏較深處所發(fā)生的變化，相當于歐美一些地質(zhì)學家所說的埋藏作用或晚期成巖作用。

當沉積物固結(jié)為巖石之后，其中所包含的有機質(zhì)的分解作用和細菌的作用趨于終結(jié)，有機質(zhì)的影響已不成為促使變化的重要因素，即已擺脫了同生成巖作用而進入了后生成巖作用階段。在此階段，隨著上覆沉積物的不斷加厚，已埋藏至這一深度的沉積顆粒要遭受到較大的壓力和溫度的影響。在此深度下，負Eh和堿性p H環(huán)境占優(yōu)勢，但溶液的化學性質(zhì)變化范圍極大；溫度和壓力的增加是主要的影響因素。

由松散沉積轉(zhuǎn)變成固結(jié)巖石以后，構(gòu)造應力會使其產(chǎn)生裂縫，可導致外來的氣相和液相物質(zhì)的滲入，因而，此時巖石所發(fā)生的變化是在較高的溫度和壓力的影響下以及有外來物質(zhì)加入的情況下進行的。作用的趨勢是在這些新的條件下建立新的平衡。它表現(xiàn)為已固結(jié)的巖石中所發(fā)生的成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等方面的變化。這個階段的逐漸發(fā)展則演變?yōu)樽冑|(zhì)作用。

三、表生成巖作用

表生成巖作用是指隆起作用導致沉積物／沉積巖進入淡水循環(huán)作用影響范圍之內(nèi)而發(fā)生的改造作用?；蛘呖梢岳斫鉃椋诘乇硪韵虏惶畹姆秶鷥?nèi)近常溫常壓的條件下，在滲透水和淺部地下水的影響下所發(fā)生的變化。這種作用常常有兩種變化趨勢：一個是趨向于破壞；一個是趨向于膠結(jié)。表生成巖所代表的是膠結(jié)和石化的趨勢，如黃土中的鈣質(zhì)姜結(jié)核，碳酸鹽碎屑海岸的海灘巖，都是表生成巖很好的例子。

當被埋藏在較深處的固結(jié)沉積巖上升至地表時，又進入了一個完全不同的新環(huán)境。新環(huán)境中fo2、fco2以及溫度、壓力等條件又有很大的不同，加之滲透水和地下水的作用，特別要指出的是在此環(huán)境中生物和有機質(zhì)的作用，因而可能大大改變原來巖石的面貌。此時，一些礦物可被溶蝕，元素被帶走，一些新生礦物又可沉淀出來，在局部富集的地方可形成有價值的礦產(chǎn)。例如，在地下水作用下所形成的許多金屬（如砂巖型鈾礦）和非金屬層控礦床都是表生成巖作用的產(chǎn)物。此階段的改造作用是在開放系統(tǒng)中進行的。

上述的變化過程對于潮濕氣候帶的海盆比較具有特征性，但在干旱氣候帶的大陸或盆地，火山作用帶以及冰川作用帶，其條件、作用的方式、變化的實質(zhì)以及變化的階段諸方面均有不同。然而變化的趨勢總是貫穿著平衡的建立—破壞—平衡的再建立過程。

四、關(guān)于成巖階段劃分的不同方案

對于上述變化的總過程許多學者的認識是一致的，但是對于用來表示變化的各階段的劃分標志和名詞術(shù)語體系卻因研究目標不同有很大的不同。

Dapples（1959）曾研究了砂巖中的成巖作用等級問題，他提出了三個階段，稱之為初始成巖或沉積階段、中成巖或早期埋藏階段、晚期埋藏或前變質(zhì)階段。

Fairbridge（1967）的研究提出了三個成巖時期，即同生期、后生期和表生成巖期（圖4-1）。他認為同生作用的深度為0～100m，相當于淺埋階段；后生作用的深度為1 000～10 000m，溫度100～200℃，相當于深埋階段。

Choquette和Pray （1970）在研究碳酸鹽巖次生孔隙變化時，將成巖過程劃分了三個階段：始成巖階段、中成巖階段和晚成巖階段。

始成巖階段（eogenetic stage）是指沉積物沉積后，經(jīng)歷淺地表成巖作用環(huán)境的影響而后被埋藏，它的上限是沉積物界面，既可以是大陸，也可以是水下；以大氣水或海水補給的深度為下限。一般始成巖階段的沉積物和巖石如礁巖，從礦物學上看，是準穩(wěn)定或者說是處于穩(wěn)定化作用過程中。溶解作用、膠結(jié)作用以及白云石化作用造成沉積物早期固結(jié)并對原生孔隙進行改造。始成巖帶上的成巖環(huán)境，包括大氣滲流、大氣潛流、海水潛流環(huán)境。始成巖階段大致相當于早期成巖作用階段。

中成巖階段（mesogenetic stage）指地表成巖作用之下，持續(xù)的埋藏作用過程，所經(jīng)歷的時間間隔長，孔隙的變化相當緩慢，主要與沉積物或巖石的壓實作用、壓溶及物質(zhì)的重新分配、重結(jié)晶或交代作用有關(guān)。實際上中成巖階段大致相當于成巖作用及后生作用階段。

圖4-1 展示大陸邊緣理想剖面中的三個成巖作用期（據(jù)Fairbridge，1967）

晚期成巖階段（telogenetic stage）是指巖石經(jīng)中成巖階段后，通常由于地殼上升造成不整合，使巖石抬升重新返回到地表，在沉積間斷的情況下，巖石直接或間接受到大氣水的作用。晚期成巖階段相當于表生成巖作用階段。

在Choquette和Pray（1970）研究的基礎(chǔ)上，Schmidt（1979）根據(jù)砂質(zhì)沉積物的結(jié)構(gòu)特征、有機質(zhì)熱演化程度，按鏡質(zhì)體反射率（Ro）將中成巖階段劃分為未成熟階段、半成熟階段、成熟階段和超成熟階段。他的分級給出了相應的古溫度值，因此更有利于對儲層的成巖史和孔隙演化進行研究和評價。

未成熟階段（immature stage），Ro＜0.2%，原生孔隙主要通過機械作用壓實而減少。

次成熟階段（semimature stage），是指砂巖成巖歷史中，原生孔隙減少主要由化學壓實及膠結(jié)作用所致的階段。在整個次成熟階段的晚期，脫碳酸鹽作用及有機質(zhì)的脫羧基作用，可產(chǎn)生次生孔隙，液態(tài)烴生成，Ro為0.2%～0.55%。

成熟階段（mature stage）指砂巖成巖歷史中，原生孔隙達到不可壓縮的程度，次生孔隙可以存在，液態(tài)烴生成，Ro為0.55%～2.5%。成熟期分為A、B兩個亞期，成熟期A或早成熟期Ro為0.55%～0.9%，以大量脫碳酸鹽作用和有機質(zhì)脫羧基作用為特征，它是次生孔隙最發(fā)育的階段；成熟期B或晚成熟期，Ro為0.9%～2.5%，它以次生孔隙逐漸破壞（主要通過化學充填）為特征，很少或不產(chǎn)生次生孔隙。

超成熟階段（supermature stage）指砂巖成巖歷史中原生孔隙和次生孔隙均達到不可壓縮的程度。Ro＞2.5%，裂縫發(fā)育。

為了便于對比，現(xiàn)將不同學者關(guān)于成巖階段的劃分列表如下（表4-1）。需要提醒的是，每個研究者應該依據(jù)自身的研究目標在已有的劃分中選取較為合適的方案。

表4-1 成巖作用階段的劃分與對比

成巖作用程度的一個主要標志是沉積物中含煤物質(zhì)的炭化程度，而炭化程度（通過測量水分、揮發(fā)分、碳和氫的含量或Ro來確定）主要反映溫度增加的幅度和持續(xù)的時間。不論是煤的成巖作用，還是它與沉積物的其他成巖改造之間的關(guān)系，都是復雜的和未知的。Lewis （1984）試圖用圖4-2概括以埋藏深度為函數(shù)的各種重要成巖作用的影響。

2003年，國家石油天然氣行業(yè)在系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)外成巖作用研究成果基礎(chǔ)上，對《碎屑巖成巖階段劃分》標準進行了修訂，編號為SY / T5477—2003。在新的行業(yè)標準中，將碎屑巖成巖階段劃分為同生成巖階段、早成巖階段（A期和B期）、中成巖階段（A期和B期）、晚成巖階段和表生成巖階段。新標準還根據(jù)沉積水介質(zhì)的不同，按照淡水-半咸水水介質(zhì)、酸性水介質(zhì)（含煤地層）和堿性水介質(zhì)（鹽湖）對不同階段成巖特征和劃分標志進行了系統(tǒng)總結(jié)（圖4-3、圖4-4和圖4-5）。