研究区沙三中地层上下为两套巨厚盐层，成岩作用在相对封闭的环境中进行，成岩现象丰富，成岩作用类型多。在分析了砂岩的成岩环境的基础上，依据不同的成岩事件及成岩演化结果，可划分成5种成岩相类型（图2-3-7）。
（一）不稳定组分强烈溶蚀相
不稳定组分包括陆源碎屑长石、岩屑、鲕粒、砂屑等，也包括各种胶结物如酸溶性的碳酸盐等。该成岩相带砂岩成分成熟度和结构成熟度较高，石英含量大致为50%～70%，长石20%～35%，岩屑10%左右，填隙物含量＜10%，粒度中值一般在0.05～0.25mm之间。颗粒间以点接触为主，圆度为次棱角－次圆，分选较好。该成岩相砂岩在早成岩期结束时尚存一定量的原生粒间孔隙，油气生成后产生的有机酸在运移过程中不仅使长石、碳酸盐颗粒等不稳定组分强烈溶蚀，使原生粒间孔隙在很大程度上得到恢复，砂岩孔隙度＞20%，渗透率＞100×10-3μm2，该成岩相主要分布在水下分流河道、河口坝微相，其微相砂体为最佳储油气层。
次生孔隙研究表明，沙河街组成岩中、后期，埋藏深度超过5000m以下的范围内均普遍发育碳酸盐溶蚀，并且是次生孔隙空间的主要成因类型。在成岩中期以有机羧酸、碳酸为主要酸源；成岩后期较高温度下极可能以无机碳酸和氢硫酸为主，晚期胶结物包裹体中存在相当数量的CO2和H2S对此是一个佐证。另一方面，本区大量发育的碳酸盐和硫酸盐胶结物以及晚期大量甲烷气体的产出也为上述反应提供了适宜的反应物质基础。
（二）碳酸盐胶结成岩相
碳酸盐胶结成岩相砂岩的成分成熟度与结构成熟度较高，基质含量一般＜5%，碳酸盐胶结物含量较高，一般为10%～20%。埋藏成岩过程中，发生了一系列包括机械压实、早期碳酸盐胶结、溶蚀、晚期碳酸盐胶结等成岩作用。其中早期碳酸盐胶结表现为方解石或铁方解石嵌晶式胶结，成栉壳状结构；晚期碳酸盐胶结表现为白云石及铁白云石的大量出现充填孔隙并交代各种组分。早期碳酸盐胶结之后孔渗急剧降低，经后期溶解作用产生了大量的次生孔隙，后虽经晚期碳酸盐胶结孔隙收缩但仍保持一定数量的次生孔隙，砂岩孔隙度一般为15%～20%，渗透率（10～100）×10-3μm2，该成岩作用主要出现在水下分流河道、河口坝微相中，具有一定的储集性能。
图2-3-7 文东油田沙三中储层成岩演化模式图
高盐度和碱性沉积环境及其继承性封闭成岩环境的发育是导致本区早期碳酸盐胶结作用较强的基本原因。沙河街组碎屑岩中碳酸盐胶结物时空分布广，一般含量均在10%以上，最大可达30%。强烈的早期碳酸盐胶结一方面堵塞了原生孔隙，但另一方面也抑制了颗粒间的压实。此外，由于盐湖盆地中单砂层厚度小、砂泥频繁互层，“顶钙”和“底钙”胶结发育，并成为成岩早期的主要胶结形式和碳酸盐封隔层的成因之一。
（三）石英次生加大成岩相
砂岩成分成熟度及结构成熟度较高，以出现大量硅质增生物为特点。埋藏成岩过程中，经历了压实作用、逐级增强的次生加大作用、弱溶解作用等成岩作用。石英颗粒大多具宽阔的加大边，加大边终端不规则，颗粒间呈线接触或缝合状接触，主要出现在水下分流河道及河口坝微相中，这类储层孔渗性较上述两种成岩相低，储油不佳。
（四）粘土杂基支撑成岩相
该成岩相砂岩的原始组分及结构成熟度偏低，基质含量通常＞15%，粒度中值一般0.03～0.1mm，粒细、分选差。在埋藏成岩作用中，经历了机械压实、重结晶、矿物转化等成岩作用。由于原始基质含量较高，成岩过程中产生的酸性水与后期的有机酸进入量很少，只能发生微弱溶解作用，产生很少的溶蚀孔隙。主要出现在前缘席状砂微相或深湖相中，这类砂体物性极差，为低孔、低渗差的储层或非储层类型。
特别要指出的是，伊利石、硅质增生－胶结作用对低孔渗储层的成岩演化具有特殊影响，目的层砂岩多已演化至成岩中期。据粉晶X衍射分析，砂岩粒间粘土矿物中比表面积大的自生伊利石、绿泥石较为发育。
自生伊利石－绿泥石、硅质总含量虽不超过5%～10%，但其以网状占据粒间孔喉或衬边状围绕碎屑颗粒生长，不仅导致砂岩中小孔细喉结构的明显破坏，而且为润湿相含水饱和度的增加提供条件。由于本区低孔、渗储层极为发育，而伊利石－绿泥石和硅质矿物既是晚期产物又不易溶解，即使是微量的自生矿物堵塞孔喉，都将对储层的质量造成破坏性影响。
（五）硬石膏胶结成岩相
膏盐胶结成岩相砂岩硬石膏含量为2%～5%，岩心观察为硬石膏斑点，镜下观察硬石膏胶结物呈斑状，对石英、长石等碎屑颗粒交代强烈。这类砂岩在埋藏成岩过程中，早期经历了压实作用、石膏脱水，晚期经历了硬石膏的交代作用，造成砂岩局部孔隙堵塞、致密。未被硬石膏胶结的部分经溶解作用后具有一定的孔隙度，可能出现于各种微相带中，尤以漫溢微相为主，孔渗性不好，储层储集性较差。石膏、石盐、方沸石等自生矿物的局部层位发育，也促进了低渗致密砂岩储层的形成。
成岩相的分布主要受沉积微相、断层活动、温度和水介质条件等多种因素控制。不同的控制因素导致成岩相平面上交叉、纵向上重叠分布。因重荷的压挤作用，成岩相的分布在隆起区表现出规律性。沙三中段砂体在文西、文东断层下降盘表现为杂基支撑相和碳酸盐胶结相。在文西断层分支的断阶带，活跃的水介质和断层活动使之形成不稳定组分溶蚀相。文东断层下降盘出现石英次生加大成岩相。