塔中地区热化学硫酸盐还原作用对深埋白云岩储层的改造

塔里木盆地塔中地区深埋碳酸盐岩储层显示出极强的非均质性。如灰岩地层孔隙度极低,而含酸性气藏的白云岩储层最大孔隙度高达27%。然而,造成这些现象的原因仍然不清楚。通过岩芯、薄片、扫描电镜观察,结合流体包裹体均一温度、盐度分析,方解石、白云石的碳氧同位素测定,试图解决这一问题。前人研究认为,塔中地区碳酸盐岩优质储层分布主要受控于原始沉积条件（如高能的礁滩相）和表生溶蚀,热液活动和断裂活动也起到重要作用。然而,多期流体活动和成岩作用导致大量同生期和表生期形成的溶蚀孔洞被破坏。在某些井区（如ZG9井和TZ75井）,埋藏溶蚀作用可能对优质储层形成起到重要作用。在寒武系和奥陶系岩芯中发现了大量硬石膏、重晶石、黄铁矿、沥青、方解石等,方解石交代硫酸盐,方解石具有较高的均一温度及较低的碳同位素值说明其形成与热化学硫酸盐还原作用（TSR）有关。在发生TSR的白云岩井段,储层物性较好,说明TSR可能对深埋储层的改善具有促进作用。这些认识有助于指导深层寒武系碳酸盐岩储层的进一步勘探。     

徐州地区寒武系豹皮灰岩的岩性特征及其成因机制分析

徐州地区的寒武系地层岩性主要以碳酸盐岩为主,地层中出现多层厚层状豹皮灰岩。对于寒武系豹皮灰岩的岩性特征研究可为当地古地理环境的判断和还原提供依据;基于近年来发现碳酸盐岩具有油气显示,对豹皮灰岩进行综合分析具有一定的地质油气意义。对徐州地区寒武系地层中豹皮灰岩的岩性特征进行了研究,并在此基础上对其成因进行了仔细分析,表明了豹皮灰岩的白云岩化作用发生在成岩早期,在低盐度混合水动力条件下回流渗透白云岩化成岩。     

塔里木盆地阿克苏-柯坪地区寒武系-奥陶系的沉积环境

本文讨论了塔里木西北缘厚一千余米的寒武系-奥陶系暗色碳酸盐岩夹细碎屑岩系的沉积环境。寒武系以粉-细晶白云岩、微晶叠层石白云岩夹细碎屑岩为主;奥陶系以含硅粉-细晶白云岩、内碎屑岩、细碎屑岩与灰岩的混合岩互层为主。根据矿物成分、生物化石、结构构造、岩石的元素、稳定同位素、矿物组合等判断,其沉积环境为半封闭的潮坪环境至开阔的陆棚沉积环境。     

湖北省峡东地区寒武系碳酸盐岩成岩作用研究

中扬子地区是我国碳酸盐岩最为发育的地区,从古生代到中生代都有碳酸盐岩地层发育,其中寒武系滩相碳酸盐岩发育最好,与之对应的岩石类型齐全、沉积环境与成岩环境多变,储集性能较好。 湖北省寒武系十分发育,露头面积占全省面积的7％～8％,其中鄂西寒武系分布于秭归、长阳、宜都一带,其中尤以宜昌为代表的峡东地区最为齐全,露头亦较连续、完整,故可作为滩相研究的典型地区。本区寒武系碳酸盐岩地层既有石灰岩,也有白云岩。石灰岩中既有颗粒灰岩、(含)颗粒泥晶灰岩及泥晶灰岩。颗粒类型包括鲕粒、核形石、砂屑、砾屑及生屑,颗粒间的填隙物多为亮晶,少为泥晶,亦有二者共存者(亮泥晶、泥亮晶)。白云岩中既有准同生白云岩(泥粉晶白云岩)也有准同生后白云岩(残余颗粒白云岩、晶粒白云岩)。本区     

塔里木盆地塔东地区下古生界碳酸盐岩储层特征与勘探领域

塔里木盆地塔东地区下古生界碳酸盐岩勘探虽已获得突破,但储层类型和主控因素不清、有效储层分布规律不明一直是制约该区勘探领域评价和井位部署的瓶颈之一。基于露头、岩心、薄片、钻井、测试和地震等资料,综合地球化学分析数据,指出塔东地区发育5类储层,分别为奥陶系一间房组—鹰山组上段的灰岩礁滩溶蚀型储层、鹰山组下段—蓬莱坝组的溶蚀型白云石化储层、寒武系台缘丘滩白云岩储层、塔东低凸起上寒武统斜坡深水重力流型白云岩储层和上震旦统微生物丘滩白云岩储层。其中溶蚀型白云石化储层和台缘丘滩白云岩储层是塔东地区重要的储层类型,礁(丘)滩体和溶蚀作用是这两类储层发育的主控因素。在此基础上评价了两个现实勘探领域和三个风险勘探领域。     

从表生到深埋藏环境下有机酸对碳酸盐岩溶蚀的实验模拟

通过细粉晶白云岩、泥晶灰岩、泥灰岩和含生屑泥晶灰岩与2 ml/L乙酸溶液的溶解动力学实验,研究了从表生到深埋藏环境下有机酸对碳酸盐岩储层的改造作用机理。结果显示,四种类型碳酸盐岩的溶解速率在3.34×10–9~2.27×10–8 mol/(cm2·s)之间,并且溶解速率随埋藏深度(地层温度和地层压力)的增加而增大。从表生到中埋藏环境下,泥晶灰岩、泥灰岩和含生屑泥晶灰岩的溶解速率大于细粉晶白云岩;在深埋藏环境下,细粉晶白云岩的溶解速率逐渐与泥晶灰岩、泥灰岩和含生屑泥晶灰岩的一致,这揭示出在相对高温高压下,埋藏有机酸性流体对碳酸盐岩的溶蚀改造作用中,碳酸盐岩的溶蚀速率与其方解石和白云石含量的关系并不大。反应前后样品表面的扫描电子显微镜分析结果表明,细粉晶白云岩的晶间溶孔、晶内溶孔更加发育。细粉晶白云岩中白云石溶解成蜂窝状溶解孔,晶间缝溶蚀加大且相互连通,这种微观溶蚀特征更有利于油、气的储集及运移。结合岩石的溶蚀速率及其微观溶蚀演化特征,指出碳酸盐岩矿物成分和含量固然对其溶蚀作用具有控制影响,但是碳酸盐岩溶蚀形成的孔隙类型及其连通性能与碳酸盐岩有利储层形成的关系更为密切。     

利用小半径粉晶相机测定钙镁碳酸盐矿物的含镁量

白云石和方解石是分布很普遍的造岩矿物,尤其在沉积地层中更属常见。镁方解石是现代碳酸盐沉积物和某些海洋生物介壳的一种常见矿物。一般说来,区分白云石与方解石是比较容易做到的。但是,要确切地回答一块白云岩样品是由典型的白云石(Ca/Mg克分子比值接近于1)还是由富钙白云石矿物(Ca/Mg克分子比值大于1)构成的,则比较困难。     

山东青州尧王山地区寒武系-奥陶系界线及地层划分

鲁西地区的晚寒武世——早奥陶世地层，由于发生了较强烈的白云岩化作用，地层中的沉积构造和生物化石几乎消失殆尽，地层划分对比很困难，甚至寒武系与奥陶系的界线也难以确定。调查发现，青州尧王山地区该时期的地层发育齐全，白云岩化程度较弱，牙形石化石丰富，可与国际层型剖面对比，是鲁西地区完善地层划分和确定寒武系与奥陶系界线的理想地区。     

南京汤山寒武系-奥陶系界线地层地球化学特征

研究了南京汤山观音台组顶部、仑山组和红花园组底部的微量元素、稀土元素和碳、氧同位素,基于观音台组顶部白云岩中白云石和方解石δ~(18)O 值的相似性,认为它是在成岩作用初期由交代作用形成的准同生白云岩。依据同位素分析,所研究层段的碳酸盐岩主要形成于埋藏成岩环境,未经历大气淡化成岩阶段。依据地层多重划分概念修订了观音台组和仑山组的界线。依据碳同位素与有关地区对比探讨了寒武系与奥陶系界线,界线附近δ~(13)C 值仅见小的负偏移,反映这一时期海平面的升降幅度较小。     

塔里木盆地深层寒武系地表岩溶型白云岩储层及后期流体改造作用

对塔里木盆地钻遇寒武系白云岩的塔深1等井的岩芯观察发现埋深超过8000m的深层寒武系白云岩中仍发育有丰富的几毫米至几厘米大小的地表岩溶作用形成的溶蚀孔洞。塔深1井测井曲线的突变反映出了多个寒武系沉积间断(暴露)面的存在;但塔深1井附近寒武系地震剖面同相轴连续性较好,没有明显的角度不整合接触。测井和地震特征表明了寒武系白云岩岩溶作用发生在同生或准同生期,是由于相对海平面下降造成的暴露作用,而没有发生强烈的构造抬升。塔深1等井寒武系白云岩溶蚀孔洞中常见有白云石、石英等矿物的充填。充填白云石具有弯曲晶面和波状消光的特征。白云石中流体包裹体均一温度主峰区间110～130℃,没有随深度增加而增加的特点。与基质白云岩相比,充填白云石具有相对较低的Na、K和Sr的含量以及相对较高的Fe、Mn和Ba含量。在同位素组成上,充填白云石具有相对较轻的氧同位素组成和较高的n(87Sr)/n(86Sr)比值;其氧同位素δ18OPDB的变化范围为-11.62‰～-5.13‰,平均为-8.00‰,锶同位素n(87Sr)/n(86Sr)比值变化范围为0.709361～0.709978,平均为0.709590。上述特征表明了白云石等的充填作用与深部热液活动有关。受深部热液作用强度的限制,寒武系白云岩中已有的岩溶型孔隙并没有被完全充填破坏,仍有较多的储集空间得以保存下来。     

静水和滴水条件下碳酸盐岩溶解与主要元素释放规律初步研究

为进一步了解在静水和滴水条件下碳酸盐岩溶解与主要元素释放规律,文章选取在贵阳市花溪区贵州大学南校区、将军山、花溪水库三地分别采集的白云岩、灰质白云岩、石灰岩三类碳酸盐岩石为样本进行静水浸泡和动水滴溅试验,测定了静水与滴水条件下碳酸盐岩石的钾、磷、钙、镁四种主要元素的溶解量,结果表明:(1) 在相同室温25 ℃,浸泡时长到达20 d时,白云岩中四种元素溶解量均为最高,钾元素溶解量为0.001 38 μg/cm3、磷元素溶解量为0.000 6 μg/cm3、钙元素溶解量为199.75 μg/cm3、镁元素溶解量为70 μg/cm3,且三种碳酸盐岩石的钙元素溶解量分别为白云岩199.75 μg/cm3,灰质白云岩148.42 μg/cm3,石灰岩137.88 μg/cm3,远远高于其他三种元素的溶解量;（2）经过不同温度浸泡24 h后,三类碳酸盐岩石中钾元素的溶解量随温度的升高而增大,并且在10~20 ℃条件下钾元素溶解速率最大,但温度的变化对于磷元素的溶解量影响不大;岩样养分含量中白云岩的钾元素与石灰岩的磷元素含量最少,但是随着温度的升高,它们的溶解量却是最大的;（3）静水浸泡状态下白云岩中元素的溶解量多数较高,而在动水滴溅状态中除白云岩的镁元素比石灰岩和灰质白云岩的镁元素溶解量高,试验的其他三种元素钾、磷、钙元素中都是石灰岩溶解量高;在动水滴溅的作用下,随着滴溅时间的增加,石灰岩的钙元素溶解量仅1 h的滴溅时间就增加了2.55倍,超过了白云岩的钙元素溶解量。      

表生和埋藏成岩作用的温压条件下不同组成碳酸盐岩溶蚀成岩过程的实验模拟

表生到埋藏成岩作用的温度与压力（４０～１００℃，常压～２５ＭＰａ），方解石、白云石相对含量不同的碳酸盐岩的溶蚀证明，在表生与相对浅埋藏的温压条件（低于７５℃、２０ＭＰａ）下，方解石的溶解速率大大超过白云石，随着温度和压力的升高，两者溶解速率的差值变小。在相对深埋藏的温压条件（高于７５℃、２０ＭＰａ）下，白云石的溶解速率已超过方解石，在１００、２５ＭＰａ的温压条件下，微晶白云石（白云石/方解石＝９８/２）的溶解速率已是含云灰岩（白云石/方解石＝１６/８４）的２倍，造成这种现象的原因是白云石的温度、压力效应大大超过方解石之故。根据实验的结果可以预测:表生与相对浅埋藏的温压条件下，石灰岩的岩溶作用较白云岩发育；但在深埋藏阶段，由溶解作用造成的白云岩次生孔隙应比方解石更为发育，这是埋藏深度大于２０００ｍ的地层中，白云岩储层多于石灰岩的重要原因。     

施用农肥对岩溶溶蚀作用的影响及其生态环境意义

土壤下伏碳酸盐岩溶蚀作用研究对岩溶区成土作用及大气中CO_2影响意义重大.施肥改变了土壤的生物地球化学场,进而会影响岩溶区的岩溶动力学过程及碳循环.本文在贵州贵阳碳酸盐岩土壤剖面不同深度,埋设白云石、石灰石试片,进行了野外溶蚀试验,观测了试片溶蚀量、土壤CO_2、土壤pH及其他如土壤含水量、土壤矿物与化学成分、土壤水化学成分等影响凶素.结果表明:(1)施用农家肥降低了碳酸盐岩的溶蚀速率:石灰石的溶蚀速率降低了10.48%～53.90%.平均25.51%;白云石的溶蚀速率降低了25.0%～65.69%,平均39.45%.同样条件下土壤中石灰石溶蚀量比白云石大.(2)施用农家肥降低了当地的碳酸盐岩成土速度,降低了35.77%～37.27%.(3)施肥土壤更利于CO_2的产生:施肥剖面土壤中CO_2浓度比空白剖面CO_2浓度高22.52%～198.87%,平均高93.94%;施肥剖面地面CO_2通量比空白剖面地面CO_通量高67.64%.(4)施用农家肥减少了土壤对大气CO_2的沉降量,在贵州贵阳地区,减少的大气CO_2沉降量为25.50%～39.45%;间接地对岩溶水CO_2汇的作用产生了抵消作用,在贵州贵阳地区,抵消作用为59.41%～62.73%.     

River water quality in weathered limestone: A case study in upper Mahanadi basin, India

Stromatolitic limestone and calcareous shale belonging to Chattisgarh Supergroup of Proterozoic age dominate the upper part of the Mahanadi river basin. X-ray diffractogram (XRD) of limestone rocks show presence of a significant amount of calcite, dolomite and ankerite. Shales of various colours contain calcite and dolomite. It is observed that congruent dissolution of carbonate minerals in the Charmuria pure limestone has given rise to a typical karst topography. On the other hand, limestones are also seen to support red and black soil profiles. This indicates that the limestone bedrock undergoes a parallel incongruent weathering, which leaves a residue of decomposed rock. The XRD analyses reveal that the limestone soils thus formed contain an assemblage of quartz, clays and Fe-oxides. It is likely that the silicate component trapped during deposition of the stromatolitic limestone weathers incongruently resulting in diverse soil profiles. Carbonate and silicate mineral weathering schemes have been worked out to explain the soil formation, fixation of Al in clay minerals, and Fe in goethite. The water quality parameters such as Ca, Mg and HCO₃ in the river water suggest under saturation with respect to calcite and dolomite. The mineral stability diagrams indicate that kaolinite and Ca-smectite are stable in the river water environment, hence they occur in suspended sediments and soils. The dominant influence of carbonate weathering on the water quality is observed even in the downstream part of the river outside the limestone terrain.     

碳酸盐倒退溶解模式的化学热力学基础——与H_2S有关的溶解介质及其与CO_2的对比

以化学热力学中的吉布斯自由能增量为基础,计算了与H2S(g)/ H2S(aq) /HS-/ H+/S2-系统有关反应在不同温度下的平衡常数,同时根据方解石和白云石在酸性条件下的溶解过程,获得了这两种碳酸盐矿物溶解过程中地层中流体pH值与PCO2、地层压力和埋藏深度的关系。在此基础上,对比了从地表到深埋藏的温度和压力条件下,与CO2和H2S有关的酸性介质对流体\[H+\]贡献的差异性,以及对于碳酸盐溶解作用的差异性。计算结果表明:1）无论以CO2还是以H2S作为溶解介质,温度增加和（或）PCO2增加,都会造成方解石和白云石溶解所需要的\[H+\]增加,在深埋藏相对高温和高压条件下,高PCO2条件会使得碳酸盐矿物的溶解更加困难,如果\[H+\]受到缓冲,CO2的增加不仅不能造成碳酸盐矿物的溶解,反而会造成碳酸盐矿物的沉淀;2）无论在何种酸性介质中,碳酸盐矿物的倒退溶解模式在化学上都是成立的,低温的成岩环境,深部地层中高温流体的向上运移、构造抬升所造成的温度降低（-ΔT）都会提高H2S和（或）CO2流体（也包括其它酸性介质）对碳酸盐矿物溶解能力;3）在地表和近地表条件下（几百米深度范围内）,在同时存在CO2和H2S的环境中,CO2对应酸的电离提供的\[H+\]略多于H2S对应酸的电离,与CO2有关的酸性流体对碳酸盐矿物溶解相对重要,而在深埋藏条件下、尤其是深度大于4 000 m的深埋藏地层中,H2S对应酸的电离提供的\[H+\]显著大于CO2,其对碳酸盐矿物的溶解更为重要,在存在硫酸盐还原作用的深埋藏地层中,碳酸盐的深部溶解作用会更为发育,这可能是川东北地区深埋藏条件下次生孔隙发育的重要原因之一。     

Dissolution and Deformation Characteristics of Limestones Containing Different Calcite and Dolomite Content Induced by CO2-Water-Rock Interaction

To investigate the impacts of mineral composition on physical and mechanical properties of carbonate rocks, limestone specimens containing different contents in calcite and dolomite are selected to perform CO2-water-rock reaction experiments. The X-ray Diffraction (XRD) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR) are carried out to examine the change characteristics of mineral dissolution and pore structure after reaction. The core flooding experiments with Fiber Bragg gratings are implemented to examine the stress sensitivity of carbonate rocks. The results show that the limestones containing pure calcite are more susceptible to acid dissolution compared to limestone containing impure dolomite. The calcite content in pure limestone decreases as the reaction undergoes. The dissolution of dolomite leads to the formation of calcite in impure limestone. Calcite dissolution leads to the formation of macropore and flow channels in pure limestone, while the effects of impure dolomite in impure limestone results in mesopore formation. When confining pressure is lower than 12 MPa, pure limestones demonstrate higher strain sensitivity coefficients compared to impure limestone containing dolomite after reaction. When confining pressure exceeds 12 MPa, the strain sensitivity coefficients of both pure and impure limestones become almost equal.     

Inverse geochemical modeling of groundwater salinization in Azraq Basin,Jordan

The aim is to define the mechanism of chemical reactions that are responsible for the salinization of the Azraq basin along groundwater flow path, using inverse modeling technique by PHREEQC Interactive 2.8 for Windows. The chemical analysis of representative groundwater samples was used to predict the causes of salinization of groundwater. In addition, the saturation indices analysis was used to characterize the geochemical processes that led to the dissolution of mineral constituents within the groundwater aquifer system. According to the modeling results, it was noted that the groundwater at the recharge area was undersaturated with respect to calcite, dolomite, gypsum, anhydrite, and halite. Thus, the water dissolved these minerals during water rock interaction, and therefore, the concentration of Ca, Mg, Na, and SO₄ increased along the groundwater flow path. Furthermore, the groundwater at the discharge area was oversaturated with respect to calcite and dolomite. This meant that the water would precipitate these minerals along the flow path, while the water was undersaturated with respect to gypsum and halite throughout the simulated path; this showed the dissolution processes that take place during water-rock interaction. Therefore, the salinity of the groundwater increased significantly along the groundwater flow paths.     

Effect of Farmyard Manure Application on Dissolution of Carbonate Rocks and Its Eco-environmental Impact

A much improved understanding of how farmyard manure application may affect carbonate rock dissolution is needed in order to predict possible feedbacks between the rock carbon cycle and the global climate system. Two carbonate mineral rock tablets; dolomite and limestone were buried at six depths between 0 and 110 cm in a soil typical of the subtropical karst area in Guiyang City, Guizhou Province. The extent of tablet dissolution, soil CO2, soil pH, soil water content, soil mineral and chemical composition, and chemical composition of soil water were tested in order to assess the degree of dissolution under manure application over the course of one year. The results show that manure addition decreases the dissolution rate of carbonate rocks; limestone and dolomite by between 11.7%-116.9% and 25.0%-65.69% respectively, with the dissolution rate of limestone consistently exceeding that of dolomite under the same conditions. Our data indicates that the rate of pedogenesis of the dolomite and limestone rocks is decreased as much as 35.77% and 59.41% respectively, as a result of manure application. Moreover, the results suggest that manure application accelerated the generation of soil CO2, with soil CO2 concentration increasing on average by 93.94%, and the CO2 flux increasing by 67.64% compared with the control profile. Finally, the data also indicates that manure decreases CO2 uptake by dissolution of carbonate rocks by 25.50%-39.45% on a Guiyang city scale. The counteraction of the CO2 sink contributed by karst water due to farmyard manure utilization in general karst area (both dolomite and limestone) however was 59.41%-62.72%, indicating the application of manure successfully reduces both dissolution and CO2 release to the atmosphere.

     

基于室内试验的四川峨眉—汉源高速廖山隧道碳酸盐岩溶蚀特征分析

廖山隧道是峨汉高速的控制性工程之一,隧址区岩溶地质条件复杂,为了深入研究隧址区碳酸盐岩的溶蚀特征,文章以隧址区中生界三叠系中统雷口坡组典型白云质灰岩、灰岩及钙质泥岩试样为研究对象,开展静态溶蚀试验,定量分析了碳酸盐岩溶蚀速率特征及相关影响因素,最后定性探讨了扫描电镜下试样溶蚀过程的微观结构变化。结果表明:（1）试验条件下（20 ℃、1 atm、乙酸溶液、pH=5.30、静态溶蚀）,隧址区雷口坡组灰岩溶蚀速率约3.48 mm/a,白云质灰岩溶蚀速率约1.57 mm/a,钙质泥岩溶蚀速率约0.90 mm/a;（2）碳酸盐岩的溶蚀受矿物组分及溶蚀环境控制,相同溶蚀环境下,溶蚀速率与方解石含量呈正相关,与白云石含量及溶蚀介质PH值呈负相关,总体上具有灰岩>白云质灰岩>钙质泥岩的特征;（3）有机酸与无机酸环境下灰岩溶蚀速率差异不大,总体趋势相同,而中性盐溶液与碱性环境则对灰岩溶蚀起到不同程度的抑制作用;（4）碳酸盐岩具有优先沿矿物成分、岩石微结构选择性溶蚀的特征,主要矿物含量的不同也使得碳酸盐岩的微观溶蚀过程存在一定差异。     

岩溶试片的岩性差异对估算岩溶速率和碳通量的影响

研究岩性差异对溶蚀速率的影响有助于提高溶蚀试片法估算岩溶碳汇强度的精确度。本文以贵州省普定县为研究区,将埋放地的主要基岩类型（石灰岩与白云岩）制成标准尺寸的试片,并将其埋设于不同土地利用类型和土壤深度下,经过4个水文年的监测后将估算的结果与前人在同一区域使用标准溶蚀试片的研究结果进行对比分析,结果表明:（1）在相同气候和土壤环境条件下,岩性对溶蚀试片的溶蚀速率有显著影响,且溶蚀速率与岩石中CaO含量呈正相关关系,与MgO含量呈负相关关系;（2）石灰岩与白云岩试片溶蚀速率的差异程度受土地利用及埋放深度的调控,整体上石灰岩溶蚀速率比白云岩溶蚀速率大14%;（3）不同岩性试片估算的岩溶碳汇强度相差较大,标准溶蚀试片估算的结果比埋放地基岩试片估算的结果高。故使用溶蚀试片法估算区域岩溶碳通量时应考虑埋放地基岩的岩性,或者对基于标准溶蚀试片的估算结果进行校正,才能准确反映区域尺度真实的岩溶碳通量大小。