低温条件下长石溶解模拟实验研究

为了研究有机酸和无机酸对长石的溶解能力以及不同有机酸对长石溶解能力的差异,笔者等在80℃条件下,在不同pH值（4、6和8）的分别含有盐酸、乙酸和草酸的溶液中,对碱性长石和斜长石进行了溶解模拟实验研究。实验结果表明：酸性(pH=4)和弱酸性(pH=6)条件下,乙酸对两种长石的溶解能力大于草酸,碱性条件(pH=8)下草酸的溶解能力最大,无论在酸性或碱性条件下,有机酸对长石的溶解能力均高于无机酸,酸性(pH=4)条件下,斜长石与碱性长石溶解量差别不大,在弱酸性(pH=6)和碱性(pH=8) 条件下,斜长石的溶解量高于碱性长石。     

石英在碱性成岩环境中的溶蚀作用规律探讨及实验模拟

碱性成岩作用是总体以碱性地层水的活动为背景所形成的、以石英溶解以及石英溶解型次生孔隙的存在为主要特征的成岩作用类型。通过调研,归纳总结碱性流体产生的情况。通过对巴麦地区巴开8井东河砂岩成岩作用的分析,确定石英溶蚀作用在成岩序列中的发生顺序;通过包裹体分析确定其发生的深度,进行不同的砂岩样品的溶蚀试验分析,确定石英溶蚀随着温度压力的变化溶蚀率、离子变化以及溶蚀孔隙的变化规律。根据对研究样品成岩作用的分析以及胶结物产状和包裹体温度的分析,可以对其成岩序列进行确定,成岩序列为压实作用-粘土包壳-石英次生加大-方解石胶结-石英溶蚀-方解石溶蚀-长石溶蚀。根据胶结物的产状分析,石英次生加大早于方解石胶结,表明酸性流体早于碱性流体对储层产生作用。根据两种胶结物中包裹体温度平均为93.6℃和106.9℃分析,石英次生加大在埋深2 450 m左右发生,而方解石胶结在埋深2 900 m时发育,表明地层流体已经转变为碱性。现今地层埋深4 900~5 000 m,在对其地层水分析中,地层水呈弱碱性的特征。地层水的样品分析中,主要的阳离子有钾离子、钠离子、钙离子、镁离子,主要的阴离子是氯离子、硫酸根离子、碳酸氢根离子,PH值分别为7.5和8,为弱碱性。由此可以分析出,地层埋深在2 900~4 900 m时,该地区的流体环境至少曾经出现过一次碱性流体环境,石英颗粒的溶蚀则主要发生在碱性流体出现时期,即埋深在2 900~4 900 m。根据研究样品的地层水的离子组成,配成主要的石英溶蚀反应溶液,并根据其发生石英溶蚀的深度,设定了石英溶蚀模拟的条件,五个不同的温压条件分别是:110℃30 MPa、125℃35 MPa、140℃40 MPa、155℃45 MPa、170℃50 MPa。使用饱和的Na HCO3溶液进行溶蚀实验,每组样品进行120 h,溶蚀仪器为XYD-1型水-岩反应速度测定仪,溶蚀溶液的流速为2 mL/min。对样品的溶蚀前质量称重对比,其中细粒石英砂岩的溶蚀率在相同的温压条件下都比中粒石英砂岩和中粒岩屑石英砂岩的溶蚀率高:相同粒度的中粒岩屑石英砂岩的溶蚀率为110~155℃,均大于中粒石英砂岩,在170℃时则小于中粒岩屑石英上砂岩。随着温度和压力的增加,Si2+以及K+、Ca2+、Fe2+、Mg2+、Al3+都呈增加的趋势,其中Si离子的变化最大,其单独的溶蚀量为其他离子溶蚀量总量的3~6倍。可见,其中主要为石英的溶蚀贡献的Si离子,样品分析中从大到小依次为细粒石英砂岩、中粒石英砂岩以及中粒岩屑石英砂岩孔隙呈蜂窝状和针孔状分布在石英颗粒的晶面上,溶蚀程度大的石英颗粒有的部分消失或全部消失,但是方解石胶结物却并没有受到影响,仍然以胶结物的形态存在,同时随着温度压力的增大,反应流体中方解石达到饱和会结晶析出方解石晶体。     

二长石地质温度计在估算乌拉山金矿碱性长石形成温度中的应用

内蒙古乌拉山金矿田内主要出露晚太古代乌拉山群区域变质岩和规模不一的花岗岩体以及不同时代、不同种类的脉状地质体。含金矿脉中主要矿物共生组合为碱性长石、石英、斜长石、碳酸盐矿物(方解石、白云石)和少量金属硫化物。矿床的显著特征为碱性长石交代作用强烈，碱性长石也广泛产于该地区其他各种类型的岩石中。本文采用电子显微探针分析了共生碱性长石和斜长石的化学成分，并采用三元二长石温度模型估计了碱性长石的平衡温度。结果表明，第一成矿阶段的碱性长石一石英含金矿脉中碱性长石的形成温度为353℃，第二成矿阶段石英含金矿脉中碱性长石的形成温度为281℃，矿脉碱性长石形成压力约为5kbar。这些结果与同类矿石中平衡共生的碳酸盐矿物和云母类矿物的地质温度计估计的形成温度以及共生石英中流体包裹体的均一温度非常一致。因此，乌拉山金矿床形成和富集的温度可估测为260～380℃，压力约为5kbar。此外，应用二长石温度计计算了本地区区域变质片麻岩和花岗岩中碱性长石的平衡温度，所得温度比采用共生铁铝榴石和黑云母温度计估计的温度要低约250℃。这表明共生的铁铝榴石和黑云母的平衡温度可能代表其寄主变质岩变质期温度及寄主花岗岩原生温度，而区域变质岩和花岗岩中的碱性长石在经历了随后多次热液作用后，可能重新平衡再生，这也与前人对乌拉山金矿的矿床地质和同位素研究的结果一致。     

碎屑岩储层矿物溶解度与溶蚀次生孔隙形成机理研究进展

砂岩储层中溶蚀次生孔隙的形成与碎屑岩骨架颗粒在地质流体中的矿物的溶解度密切相关。本文从温度、压力、p H值、有机酸等方面描述了石英、长石、碳酸盐矿物的溶解度特征,指出矿物溶解度和溶解组分的平衡分布主要依赖于地层温度和孔隙流体的p H值,而地层温度和p H值则通过改变地层水中络合物的形式与含量、CO2-3、HCO-3与CO2的相对含量控制着矿物溶解度。受控于温度、压力、p H值的储层流体作用于矿物,可导致不同矿物溶蚀次生孔隙形成机理具有明显的差异。在未来的研究中,应注重根据实际储层的温度、压力、流体等地质环境条件,结合储层岩石中的矿物组成进行实验模拟和数值模拟,以建立矿物溶解度与次生孔隙特征之间的定量关系。     

渤南洼陷北带沙四上亚段储层成岩流体演化

渤南洼陷北带沙四上亚段在埋藏过程中经历了多期酸碱流体演化,同时经历了多期油气充注作用,导致储层物性经历了复杂的演化过程。对渤南洼陷北带沙四上亚段埋藏演化史、有机质热演化、膏盐层脱水等综合研究,结合各种烃类和盐水包裹体特征分析,确定了渤南洼陷北带沙四上亚段成岩流体演化序列：(1)沙四上亚段沉积时期气候干旱,原始地层水呈弱碱性。(2)开始沉积至距今42.5 Ma,有机质尚未成熟,地层流体仍保持弱碱性,成岩作用主要为压实排水作用,形成早期球粒状黄铁矿胶结物。(3)距今42.5~30 Ma,为有机酸控制下的酸性环境,发生长石溶解、石英加大。(4)距今30~24.6 Ma,有机酸发生脱羧,同时沙四上亚段顶部膏盐层脱出大量碱性水,使地层水pH值呈碱性,发生碳酸盐胶结和石英溶解,其中距今28.8~24.6 Ma,发生第一期油气充注;距今24.6~6 Ma,地层经历抬升及再沉降,在抬升过程中有机质再次生成有机酸,使地层水pH值呈酸性,发生第二期酸性溶解、石英加大,其中距今10~6 Ma,发生第二期油气充注。(5)距今6 Ma至现今,沙四上亚段膏盐层发生脱水,地层流体呈碱性,发育少量晚期黄铁矿胶结等。     

CO2流体对岩屑长石砂岩改造作用的实验

通过密闭容器中CO2-H2O-砂岩体系相互作用实验,研究了不同温度和压力下CO2流体对岩屑长石砂岩成分的改造。反应后溶液中总矿化度的变化、样品质量的损失及扫描电镜(SEM)的观察结果表明:长石、方解石和石英的溶蚀强度随温度的升高而增大,CO2流体对岩屑长石砂岩的溶蚀作用与温度正相关;同时通过扫描电镜观察发现,200℃和300℃时样品表面均有一种未知的铝硅酸盐矿物生成,并通过反应液的pH值及各种离子浓度的变化解释了CO2流体-砂岩相互作用过程中矿物溶解、沉淀的机制。     

花岗岩体系Qz-Or-Ab-An-H_2O的初熔

本文采用石英和人工合成长石的混合物配制成的原料在P_(H2O)=2～15千巴的压力范围内进行了Qz-Or-Ab-H_2O体系初熔的反演。在无钙长石的碱性长石花岗岩体系Qz-Or-Ab-H_2O中,其熔融温度随着增压,从2千巴时的690℃降低到17千巴时的630℃。在花岗岩体系Qz-Or-Ab-An-H_2O中,随着钙长石含量的增加其固相线温度的升高是非常小的。与碱性长石花岗岩体系相比较,如果钠长石被斜长石An20(An40)代替,其固相线温度升高3℃(7°D)。碱性长石花岗岩体系和石英—钙长石—透长石组合(Qz-Or-An-H_2O体系)的固相线温度间的差别接近50℃。随着水压增高,斜长石及斜长石—碱性长石组合就变得不稳定,并分别被黝帘石+蓝晶石+石英和黝帘石+白云母-钠云母_(固溶体)+石英代替。并发现这些组合的压力稳定范围在600℃时介于6和16千巴之间。在高水压条件下(10～18千巴)。黝帘石-白云母-石英组合稳定到700和720℃。这个组合的固相线在透长石-黝帘石-白云母-石英混合物开始熔融温度以上10～20℃。为产生足够量的熔体,把变质岩变成岩浆岩状的岩石所需要水量只是非常少的。在层状混合岩的情况下证明,1％的水(或甚至更少)就足以使片麻岩局部转变为(岩浆状的)浅色部分,高级变质岩石或许是比较干的,而花岗岩质和花岗闪长岩质成分的重熔岩浆通常处于水不饱和状态。     

乙酸溶液对碱性长石的溶蚀作用及数值模拟研究

本次以碱性长石为研究对象,在乙酸溶液条件下,将实验与数值模拟相结合进行研究,取得以下认识:(1)温度和溶液性质是碱性长石发生次生变化的主要控制因素。低温下碱性长石以溶解为主;在高温下碱性长石以溶蚀溶解为主,形成港湾状、条带状溶孔和溶蚀残余骨架;伴随温度提升,实验样品质量损失增大。(2)残留溶液中离子浓度的规律性变化是矿物的溶蚀、溶解和新生矿物的沉淀的集中体现。随实验温度升高,K~+,SiO_2和矿化度浓度升高,K~+浓度在0.21 mg/L~16.29 mg/L之间,SiO_2浓度在4.26 mg/L~108.2mg/L之间,矿化度在32mg/L~234mg/L之间。新生高岭石的长、宽分布在2.5μm~4μm之间,厚度分布在0.2μm~0.4μm之间,长/宽比值分布在1.2~1.4之间。(3)PHREEQC数值模拟验证了长石溶蚀溶解作用和新生高岭石沉淀的实验结果,数值模拟可从理论上为实验研究提供依据。     

湘南多金属矿集区燕山期成矿花岗岩的造岩矿物特征及其成因意义

湘南地区燕山期成矿花岗岩有3种类型,其主要造岩矿物化学成分和种属明显不同;矿物的化学成分变异特征均显示出壳幔岩浆混合成因的特点：①角闪石均属于钙质角闪石亚类。②MC型早期次花岗岩中的黑云母多属镁质黑云母;CM型晚期次花岗岩中的黑云母主要为铁质黑云母;C型花岗岩中的黑云母主要为铁叶云母-铁黑云母,且多为铁锂黑云母。3类型花岗岩中黑云母的成分变异呈线型关系,暗示有成因联系。③3类型花岗岩中斜长石有明显区别,MC型多为中长石,CM的多为更长石,C型多为钠长石。斜长石环带构造发育程度不同,CM型早期次单元花岗岩中的斜长石环带最发育。④CM型花岗岩及其暗色微粒包体中的碱性长石主要属于相对富钾的正长石,包体中的个别属歪长石,表明其形成温度较高;C型花岗岩中碱性长石为相对贫钾的钠正长石及微斜长石。⑤造岩矿物特征和成分变异显示了成矿花岗岩的形成与壳幔岩浆混合作用有关,形成MC型和CM型早期次单元花岗岩的岩浆演化主要是岩浆混合作用,而CM型花岗岩晚期次的花岗岩类和C型花岗岩类的岩浆演化可能还存在分离结晶作用。     

东营凹陷北部陡坡带沙四上亚段砂砾岩储层固体-流体相互作用研究

东营凹陷北部沙四上亚段是重要的含油层系,其储层的形成过程和分布规律是近年来的研究难点和热点。通过对研究区样品进行偏光显微镜和荧光观察、扫描电镜分析,并结合区域构造演化史和有机质热演化史,研究东营凹陷北部沙四上亚段的固体-流体相互作用机制及其对储层物性的影响。结果表明研究区可划分出7个流体活动期次,其成岩环境的变化依次为碱性、酸性、碱性、酸性、碱性、酸性至酸碱交替。酸性流体与固体的相互作用表现为明显的碳酸盐溶解、长石溶解及石英的次生加大等,主要改善了储层物性;而碱性流体与固体的相互作用主要表现为石英的溶解、长石次生加大、铁方解石和(铁)白云石及硬石膏沉淀等,在很大程度上堵塞了孔隙,降低了储层物性。研究区共发生两次油气充注,为沙二段到东营组沉积时期以及馆陶组沉积末期,两次油气充注分别对应了两个次生孔隙发育带。     

松辽盆地北部中——深层砂岩的次生孔隙研究

松辽盆地北部中——深层砂岩的次生孔隙主要是由不稳定的骨架颗粒组分溶解而成,按结构系列,次生孔隙可划分为八种类型。斜长石的溶解是造成次生孔隙的主要原因,它可以在埋藏浅处开始溶解,在1000-1500m 深处溶解变得集中和剧烈。钾长石的溶解一般发生在埋藏较深处。钾长石溶解和浊沸石溶解大大丰富了深层砂岩的孔、渗条件。次生孔隙的形成不仅取决于酸性介质环境,而偏碱性的孔隙溶液对长石的溶解亦具有重要意义。     

Coupled alkali feldspar dissolution and secondary mineral precipitation in batch systems – 2: New experiments with supercritical CO2 and implications for carbon sequestration

In order to evaluate the extent of CO₂–water–rock interactions in geological formations for C sequestration, three batch experiments were conducted on alkali feldspars–CO₂–brine interactions at 150–200 °C and 300 bars. The elevated temperatures were necessary to accelerate the reactions to facilitate attainable laboratory measurements. Temporal evolution of fluid chemistry was monitored by major element analysis of in situ fluid samples. SEM, TEM and XRD analysis of reaction products showed extensive dissolution features (etch pits, channels, kinks and steps) on feldspars and precipitation of secondary minerals (boehmite, kaolinite, muscovite and paragonite) on feldspar surfaces. Therefore, these experiments have generated both solution chemistry and secondary mineral identity. The experimental results show that partial equilibrium was not attained between secondary minerals and aqueous solutions for the feldspar hydrolysis batch systems. Evidence came from both solution chemistry (supersaturation of the secondary minerals during the entire experimental duration) and metastable co-existence of secondary minerals. The slow precipitation of secondary minerals results in a negative feedback in the dissolution–precipitation loop, reducing the overall feldspar dissolution rates by orders of magnitude. Furthermore, the experimental data indicate the form of rate laws greatly influence the steady state rates under which feldspar dissolution took place. Negligence of both the mitigating effects of secondary mineral precipitation and the sigmoidal shape of rate–ΔG_r relationship can overestimate the extent of feldspar dissolution during CO₂ storage. Finally, the literature on feldspar dissolution in CO₂-charged systems has been reviewed. The data available are insufficient and new experiments are urgently needed to establish a database on feldspar dissolution mechanism, rates and rate laws, as well as secondary mineral information at CO₂ storage conditions.     

苏北高邮凹陷戴一段砂岩矿物和孔隙成岩机理的探讨

苏北盆地高邮凹陷下第三系戴一段岩层是主要的产油层系.通过对不同埋深的砂岩、泥岩和有机质的分析,表明砂岩的颗粒、胶结物、孔隙的性质发生了一系列的成岩变化,长石矿物的溶蚀所形成的大量次生孔隙是本区砂岩储集层的明显特征.在两个不同深度上出现的次生孔隙密集带,具有不同的成因机制(有机质的脱羧基作用和矿物的交代作用),并分别控制着低成熟、高成熟石油及天然气的分布.     

库车坳陷白垩系深层致密砂岩储层溶蚀作用实验模拟研究

库车坳陷前陆区白垩系发育特低物性、强非均质性和高稳产砂岩储层,溶蚀作用显著,但成因机制尚不是很明确。利用高温高压热模拟实验还原了目的层在成岩演化过程中1种表生流体和2种埋藏流体环境下溶蚀作用差异,揭示了成岩矿物演化过程及储集空间结构变化特征。结果表明,表生成岩期大气淡水淋滤弱酸性流体环境（CO₂饱和溶液,pCO₂=1 MPa）溶蚀作用最为显著,长石类矿物发生明显溶蚀,石英和黏土矿物相对难溶,Na+、Ca2+和K+等离子析出明显,Si4+和Al3+析出较少,样品表面沉淀出较多的疑似多边形石英和铝硅酸类矿物;成岩晚期油气充注酸性流体环境（乙酸溶液,2 mL/L）溶蚀作用其次,易于溶解白云石、石膏和长石类矿物,Ca2+、Mg2+、Na+和Si4+等离子析出明显,样品表面无沉淀;成岩早-中期碱性流体环境（NaHCO₃溶液,pH=7.46、HCO₃-=0.6 mol/L）溶蚀作用相对较弱,石英、长石和部分黏土矿物均发生了不同程度的溶蚀,且随着温度、压力的增加,溶蚀作用程度增加。综合分析表明:表生流体是研究区砂岩储层溶蚀孔隙发育的关键因素,其次为有机酸和碱性埋藏流体。这一认识能够丰富致密砂岩储层孔隙成岩演化理论,为下一步寻找规模储层发育区和气田有效开发提供理论支撑。     

地下孔隙率和渗透率在空间和时间上的变化及影响因素

地下岩石孔隙率和渗透率在空间和时间上的变化受众多因素控制,总的说来,包括沉积与成岩两个最为主要的因素。沉积盆地的性质和沉积环境控制了沉积物的组成、岩石的结构和原生孔隙。沉积作用所经历的时间相对较短而进程较快;成岩作用所经历的时间相对较长而进程较慢。从对孔隙率和渗透率的控制作用来说,成岩作用的研究难度相对较大。近年来,一些传统的形成地下岩石次生孔隙的机制受到挑战,这些传统机制中最为主要的是有机酸对铝硅酸溶解形成次生孔隙,但这会造成介质pH值的升高,碳酸盐矿物和高岭石的沉淀。地下岩石中碳酸水溶解产生的次生孔隙也是有限的。新的机制如大气淡水的溶解作用,深部冷却地下水的溶解作用,硅酸盐的水解都得到了人们的普遍接受,这对于次生孔隙成因的解释及地下岩石孔隙率和渗透率的预测十分重要。对于碳酸盐岩来说,与不整合面附近的古喀斯特有关的油气藏得到了更多的关注。深埋藏过程中碳酸盐岩成岩作用的研究中,温度和压力的影响对不同碳酸盐矿物溶解及沉淀作用的差异性控制了地下碳酸盐岩孔隙率和渗透率分布.     

准噶尔永进地区深部储层的保存与发育机理

随着油气勘探向深部发展,在深部寻找优质储层是一个亟待深入研究的问题。永进地区位于准噶尔腹部中石化中部3区块,勘探目的层埋藏深,大于5000m,储层多为低孔-特低孔低渗-特低渗储层,因此,在该地区深部寻找相对优质储层具有重要的理论意义和勘探意义。该地区发育区域性不整合,即J/K不整合。在不整合形成期间,大气淡水具有高的流速和相对开放的流体环境,可以溶蚀易溶矿物并将溶蚀产物带离出溶蚀区;颗粒包壳可以抑制石英加大和碳酸盐矿物沉淀,保存原生孔隙和形成的次生孔隙;永进地区油气充注早,早期的油气充注改善了流体成岩环境,抑制胶结作用,同时,其携带的有机酸溶蚀易溶矿物,产生次生孔隙,油气早期充注从两个方面改善储层。     

铝硅酸盐矿物溶解作用铝活性研究

现在愈来愈多的研究表明:硅酸盐、特别是铝硅酸盐矿物在有机质成熟热演化过程中发生溶解形成大量次生孔隙，将是砂岩储集体次生孔隙形成的重要现象之一。有机质成熟热演化发生脱羧作用，进而增强了孔隙水溶液中的有机酸阴离子浓度[1]，有机酸促进铝硅酸盐矿物溶解，溶解的实质是铝活性问题。本文通过实验分析了有机质与无机矿物的相互作用，讨论了有机酸对不同矿物的溶解性，查明了铝活性动力学因素，并对铝硅酸盐矿物次生孔隙形成机理进行了探讨。     

西湖凹陷砂岩储层异常高孔带分布及成因

依据大量岩石薄片、铸体薄片、碳酸盐碳氧同位素测试、流体包裹体分析、黏土矿物X衍射、激光共聚焦显微镜技术以及物性资料,结合区域构造沉积背景,研究了东海盆地西湖凹陷砂岩储层异常高孔带分布规律及成因。结果表明:储层2 500~3 100 m和3 400~4 400 m的深度段发育大量的次生孔隙,两段次生孔隙带成因不同。第一段次生孔隙是在酸性环境下主要由有机酸等酸性流体溶蚀长石类矿物导致,还有少部分是由TSR反应生成的H₂S溶蚀造成。第二段次生孔隙带主要由残余的早期酸性溶蚀孔和碱性环境下高岭石的伊利石化导致,少部分则由碱性流体溶蚀石英颗粒形成,同时异常高压保护深层次生孔隙,而且形成了一定量的裂缝。异常高孔带成因机理有助于优质储层的预测。     

油气储层埋藏成岩过程中的地球化学热力学

成岩作用是影响油气储层质量的重要因素,而对于埋藏过程中各种化学成岩作用的有效预测直接关系到储层的评价和预测。为了探索油气储层埋藏成岩过程中主要成岩作用对储层质量影响的预测方法,本文利用地球化学热力学的理论,分析了影响储层质量的主要化学成岩作用,包括砂岩中长石的溶解作用、碳酸盐矿物的溶解与沉淀作用和方解石—白云石的转化作用,建立其埋藏条件下溶解—沉淀的地球化学热力学模型。通过这些模型,试图利用地球化学趋势定量地预测砂岩储层次生孔隙的发育趋势、碳酸盐岩埋藏岩溶—充填趋势和埋藏白云石化趋势,为储层评价预测提供理论依据。