碳酸盐的结晶沉淀

碳酸盐的结晶沉淀物千姿百态,造就了许多旅游胜景。 根据岩溶水的运动和沉积方式,碳酸盐沉积物可以划分为若干类型。模拟试验提供了微观研究碳酸盐结晶沉淀的条件。 碳酸盐的结晶沉淀作用是碳酸盐岩溶解的逆反应。CaCO3的结晶沉淀速度,可用下式计算。 据60℃条件下模拟试验资料,计算出R/S等于1.2×10-5～7.6×10-5克分子/秒·厘米2。 结晶沉淀作用与溶液的饱和度、pH值、温度、压力和溶液性质等因素有关。试验表明,岩溶水局部过饱和或pH<6的溶液中可以出现结晶。如果碳酸水中添加NaCl或CaCl2、MgCl2,有助于结晶沉淀作用。提高温度和压力,溶液的溶解速度将提高,结晶将更快。 淡水中原生白云石的形成,是复杂问题。通过溶蚀-结晶试验,初步证明:淡水溶液的温度60℃—80℃条件下,可以沉淀出白云石。      

鄂尔多斯盆地奥陶系不同组构碳酸盐岩埋藏溶蚀实验

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩储层受埋藏溶蚀作用控制明显,而地层深部复杂的水-岩反应造成埋藏溶蚀研究难度较大,并进而影响了储层的评价与预测。分别利用CO₂溶液和乙酸溶液为流体介质进行溶蚀模拟实验,探讨埋藏条件下温度、压力、流体等因素对不同矿物及组构碳酸盐岩溶蚀作用的影响。结果表明:1）随着温度与压力升高,碳酸盐岩样品在乙酸溶液中的溶解速率均相应提高,在CO₂溶液中的溶解速率则先增加后减小,且在110℃~130℃区间内溶蚀速率最大;深埋藏环境下,各岩类溶蚀速率差异减小,并趋于一致;2）岩石矿物成分和组构,原岩初始孔隙度的大小及其连通关系,以及晶体的产状对成岩后期的埋藏溶蚀作用也具有重要的影响。不溶组分含量低、颗粒/灰泥比高、矿物成分复杂的碳酸盐岩由于组构选择性溶蚀作用而更易被溶蚀;碳酸盐岩的溶蚀速率随方解石含量的增加而增加,但深埋藏环境下,矿物成分含量差异对溶蚀速率的影响作用减弱;硬石膏与白云岩相伴生时,可优先溶蚀形成膏模孔,并促进白云石的溶解,改善储层效果。不同岩性,总体上灰岩较白云岩及过渡岩类更易发生埋藏溶蚀作用。结合研究区实际地质条件分析,砂屑灰岩、膏质白云岩等埋藏溶蚀强度较大,通过对原岩早期组构选择性溶蚀形成孔隙的继承和调整,叠加埋藏期岩溶作用后,可形成规模优质储层。     

碳酸盐岩的溶蚀与环境温度

碳酸盐岩的溶蚀作用与环境温度有密切的关系。通过不同温度下静止试验成果分析,说明碳酸盐岩的溶解速度可以用CO2的布西涅斯克衰减方程表征。温度对不同的碳酸盐岩溶蚀的影响各异。温度低于60℃时,石灰岩的溶解速度比白云岩大得多,超过60℃时,该两类岩石的溶解速度比较接近。如果将环境温度分为低（例如0.5℃）、常（25℃）、中（40℃—60℃）和高温（80℃）,那么低温和高温不利于碳酸盐岩溶蚀,中温是溶蚀的最佳温度段。 如果在碳酸水中加入NaCl,温度对溶蚀作用的影响比碳酸水溶蚀影响大。 碳酸盐岩的温敏指数,可以定量表示温度对碳酸盐岩溶蚀的影响程度。      

碳酸盐岩溶蚀模拟实验技术进展及应用

碳酸盐岩溶蚀作用是指流动的侵蚀性流体与碳酸盐岩之间相互作用的过程及由此产生的结果,从地表到深埋藏地层中均可发生。碳酸盐岩溶蚀模拟实验是指通过模拟地层环境来再现碳酸盐岩溶蚀作用的过程和结果,是研究碳酸盐岩储层规模溶蚀有利条件和分布规律的重要方法。中国石油集团碳酸盐岩储层重点实验室自主研发高温高压溶解动力学模拟装置,最终建成由岩石内部溶蚀、岩石表面溶蚀和高温高压原位可视化检测组成的碳酸盐岩溶蚀模拟实验技术。利用高温高压溶解动力学模拟实验装置,开展了碳酸盐岩埋藏溶蚀温度窗口和孔隙演化样式的实验研究,取得2个方面的认识:①高盐度流体背景模拟实验表明,随着温度增加,碳酸盐岩的溶蚀量具有缓慢下降—缓慢上升—快速下降的特征,由于地层水两种相反离子效应的作用,在80～110℃范围内存在一个有利于碳酸盐岩溶蚀的温度窗口;②通过粒间孔隙型、晶间孔隙型、溶蚀孔洞型、鲕模孔隙型和格架孔隙型5种碳酸盐岩溶蚀模拟的对比实验,认识到连通孔隙是埋藏溶蚀发生的先决条件和有利区域,碳酸盐岩内部组构差异会进一步加剧储集空间在孔、洞和缝组合上的复杂性。     

酸性流体对碳酸盐岩储层的改造作用

普遍认为CO2、有机酸及H2S是碳酸盐岩储层溶蚀作用的酸性流体。CO2对碳酸盐岩储层的溶蚀作用已有不少学者进行了研究,本文则以一个全新的模拟实验方式对不同类型碳酸盐岩在有机酸和H2S水溶液中的相对溶蚀能力进行了研究,结果发现随温度从常温升高至200℃,有机酸对碳酸盐岩的溶蚀能力由弱变强再变弱,在90℃左右溶蚀能力最强。而H2S水溶液对碳酸盐岩的溶蚀作用则明显不同,60℃时基本达到最大溶蚀率,温度继续升高后,溶蚀能力一直维持在较高的水平并略有增加,150℃后突然降低。由于H2S主要是硫酸盐高温热还原产物（TSR）,因而在碳酸盐岩成岩早期阶段,溶蚀作用的流体可能主要是有机酸和C02,而在深埋阶段,H2S水溶液则可能是溶蚀作用的主要流体。     

不同温度条件下CO2水溶液对碳酸盐岩的溶蚀作用

普遍认为酸性流体的溶蚀作用是碳酸盐岩储层形成的重要制约因素。本文以一个全新的模拟实验方式对不同类型碳酸盐岩在CO2水溶液中的相对溶蚀能力进行了研究,结果发现随温度从常温至200℃,碳酸盐岩的溶蚀能力由弱变强再变弱,在60～90℃区间内溶蚀能力最强。白云岩不管在低温还在高温环境下,总比灰岩更难溶蚀,过渡类型的岩类介于二者之间,当温度大于150℃后,CO2对碳酸盐岩的溶蚀能力变得越来越弱。灰岩与白云岩的溶蚀差异也变得越来越小。这暗示碳酸盐岩在早成岩晚期—中成岩早期,CO2水溶液对灰岩的溶蚀作用有重要影响,而对白云岩的溶蚀作用影响较小,白云岩优质储层的形成可能与碳酸盐岩中钙质的流失或白云岩化作用有关。     

碳酸盐岩风化壳岩-土界面风化作用机制——淋溶模拟实验的初步研究

碳酸盐岩风化壳通常呈现出清晰突变的岩-土界面,成为直接利用野外地质剖面的发育特征探索碳酸盐岩风化作用过程的障碍。本文选择贵州中部及湘西的4条典型碳酸盐岩原位风化壳的岩-土界面作为研究对象,模拟干热风化条件(即气候温暖或炎热、排水条件良好的风化状态),在24～29.5℃的环境温度下,利用饱和CO2水对各剖面岩粉层样柱开展了系统的淋溶实验研究(淋溶终点以碳酸盐完全溶蚀为标志)。通过对淋出液中主要造岩元素和淋溶残余物的动态取样分析,初步揭示了碳酸盐岩风化壳岩-土界面的风化作用机制。结果表明:①碳酸盐岩风化壳岩-土界面风化过程中,碳酸盐的溶蚀和酸不溶物的分解是同步进行的,在碳酸盐淋溶伊始,酸不溶物已表现出明显的风化倾向;②排水条件良好的风化环境下,由硅酸盐等酸不溶物组分分解溶出的盐基离子及Si等元素更易随风化溶液淋失,使得在风化残余物中难以形成蒙脱石、伊利石、高岭石等自生粘土矿物。酸不溶物相的其他造岩元素中,Ti和Al为惰性元素,Fe为弱迁移元素,Mn和P表现出明显的活性;③碳酸盐岩岩粉层的水-岩作用过程中,当碳酸盐含量对水-岩反应而言过量时,碳酸盐的溶蚀强度主要受岩粉层质地的制约。粒度粗,渗透性强,水-岩作用时间短,碳酸盐的溶蚀量低,反之亦然。而酸不溶物组分对于水-岩反应而言,在整个淋溶周期内都是不足的,其含量成为制约水-岩反应强度的主要因素。     

TSR产物对碳酸盐岩储层是否具有改良作用——实验地质学的依据

采用SYS-1型碳酸盐岩溶蚀速率测定仪,选取四川东北地区5种碳酸盐岩样进行溶蚀实验,研究了三种主要TSR流体产物对碳酸盐岩的改造作用。H2S的溶蚀能力相对较强,在120℃温度下对微晶灰岩的溶蚀率可达17.09%;CO2的溶蚀能力次之;水的溶蚀作用可以忽略不计。H2S和CO2这两种酸性溶液的溶蚀能力从常温到200℃呈较强—强—弱的变化趋势,其中CO2的最大溶蚀率所处温度范围为60～90℃,H2S的最大溶蚀率所处温度范围为60～150℃。TSR产物中的酸性气体可以对储层进行改造,但不一定能够改良储层,而TSR过程中石膏向方解石的转变可以使储层孔隙度增加,从而改良储层物性。     

方解石和白云石的差异溶蚀作用

<正> 在岩溶作用过程中,各种不同成分和结构组分的碳酸盐岩,因溶蚀速度不同而造成的差异溶蚀,是一种很普遍的现象,其表现形式也是多种多样的,它是造成岩溶微地貌形态多样性的原因之一。据研究,在碳酸盐岩石中,影响溶蚀速度的主要因素是岩石的物质成分,而方解石和白云石又是碳酸盐岩中的主要矿物成分。因此,研究方解石和白云石的差异溶蚀作用,具有重要的意义。      

温度与动水压力作用下灰岩微观溶蚀的定性分析

通过扫描电镜和压汞试验,对不同温度和动水压力条件下,CO2水溶液溶蚀前后的灰岩微观结构进行研究,定性分析并探讨溶蚀作用的微观机制。首先,灰岩的溶蚀作用受岩性和结构控制,相同条件下微晶灰岩溶蚀速度和溶蚀量比鲕粒灰岩小;其次,温度和动水压力的影响较显著,动水压力高使得岩样表面的孔隙、裂隙增多并加深,析出的晶体大小悬殊,多为不规则的他形,温度升高会加剧溶蚀和结晶作用,使结晶体粗大且晶形完好。另外,灰岩在发生表面溶蚀的同时还发生孔隙结构特征改变,孔隙结构变得不均匀、不连续化,产生次生孔隙和次生矿物,受动水压力影响,灰岩的渗透性降低,结构面的连接会弱化。这些微观溶蚀特征也很好地记载了溶蚀作用过程中的信息及其结果。     

塔中北斜坡鹰山组碳酸盐岩溶蚀的模拟实验研究

为了研究碳酸盐岩的微观溶蚀机理,本文采用溶蚀实验和镜像观察的方法,研究了塔中北斜坡鹰山组3种类型碳酸盐岩的溶蚀过程及微观溶蚀特征。结果表明:在相同实验条件下,亮晶生屑灰岩、云质灰岩和泥晶颗粒灰岩的溶蚀量基本一致。由于对物质成分和岩石微结构的选择性溶蚀,它们的微观溶蚀特征存在明显差异。亮晶生屑灰岩和泥晶颗粒灰岩样表面整体被溶蚀降低。云质灰岩样表面方解石部分整体被溶蚀降低,形成铸模孔,白云石溶蚀成蜂窝状溶蚀孔,并突出岩石表面,白云石晶间缝溶蚀加大且相互连通,这对油、气和地下水储渗具有重要意义。      

烃源岩的有机酸生成及其影响因素的模拟实验研究

不同温度下地层水—烃源岩相互作用模拟实验结果表明:（1）在整个实验温度范围内（60～300℃），均有有机酸的生成，有机酸的总浓度在35.4 mg/l至153.9 mg/l之间，其中在100℃和140℃的温度下浓度最大，其它温度下浓度相对较低；（2）在低温（60℃）条件下，成熟度相对较高、有机碳含量较大的烃源岩，有利于生成有机酸，但是在中温（140℃）和高温（180℃、220℃和300℃）条件下，有机酸的生成受有机碳含量、成熟度和碳酸盐含量的多重影响；（3）中低温（60℃和140℃）时，随着碳酸盐含量的增加，有机酸浓度表现为逐渐降低的趋势，表明在60～140℃，有机酸对碳酸盐的溶解和沉淀起主要的控制作用，而高温（180℃、220℃和300℃）条件下，碳酸盐的溶解和沉淀作用受有机酸和CO2的共同控制，从而导致有机酸浓度与碳酸盐的关系变化复杂。     

秦岭伏牛山构造带的矿物岩石学特征与流变学分析

本文通过对伏牛山构造带岩石的矿物岩石学、石英重结晶型式、石英分维值和有限应变等特征分析研究,认为伏牛山构造带的变质-变形深受洛南-栾川断裂带的影响,其变化有明显的规律性,从断裂带往北岩石从糜棱岩依次过渡为片岩-片麻岩-花岗岩原岩.构造带内发育多种糜棱岩,岩石变形强烈,远离构造带岩石的变形逐渐变弱.从构造带往北,石英的重...     

Cumulate and Cumulative Granites and Associated Rocks

Abstract. Processes that move crystals relative to melt, that is crystal fractionation, are of major importance in producing variations that are observed within cogenetic suites of granites. In low‐temperature granite suites, crystal fractionation initially involves the progressive separation of crystals residual from partial melting from that partial melt. Once separation of those crystals, or restite, has been completed, further fractionation may occur through the separation of crystals that had precipitated from the melt, the process known as fractional crystallization. High‐temperature granite magmas are largely or completely molten and elements such as Ca, Mg and Fe, and their associated minor elements, are in that case dissolved in the melt. Such magmas, particularly those that are more potassic and hence contain a higher fraction of low temperature melt, may evolve compositionally through fractional crystallization. Cumulate rocks result, comprising a framework of cumulus minerals with interstitial melt. In this process some of the melt is also displaced to form more felsic rocks. Such cumulate rocks may have distinctive chemical compositions, but that is often not the case. Distinctive features include SiC>2 contents near or below 50 % in rocks that are transitional in the field to more felsic granites, very high Cr and Ni, very low K, P, Ba, Rb and Zr, and anomalous abundances of the anorthite components Ca and Al. These rocks may also have positive Eu anomalies. Cumulate rocks do not necessarily have distinctive textures, at least as such features are understood at this time. Fractional crystallization can also involve the movement of precipitated crystals relative to melt. We refer to rocks as cumulative when formed from the fractions in which the abundance of crystals has increased. The production of cumulative granites typically occurs at more felsic melt compositions than is the case for cumulate granites, and this process may have its greatest significance in the fractional crystallization of the felsic haplogranites. Relative to felsic granites of broadly similar compositions lying on a liquid line of descent, cumulative granites contain more Ca, reflecting the addition from elsewhere of plagioclase crystals with solidus compositions. The abundances of Sr and Ba may be high to very high, and sometimes there are positive Eu anomalies. Cumulative I‐type granites may have low abundances of Y and the heavy REE, while the S‐type granites can be very distinctive with anomalously high abundances of Th and the heavy REE resulting from the concentrating of monazite. Generally, but not always, those who propose fractional crystallization as a mechanism for producing compositional variation within a suite of granites do not state whether the rocks in that particular case are thought to lie on a liquid line of descent or are cumulates/cumulative, although it is generally presumed that they were melts. Our experiences in eastern Australia have shown that the mechanism of fractional crystallization was quantitatively not as important during granite evolution as many workers would expect. However, there are some excellent examples of that process, most notably the Boggy Plain Supersuite. Overall in eastern Australia, varying degrees of separation of restite is a much more common mode of crystal fractionation, and that may also be seen to be the case for some other granite provinces if they are examined with that possibility in mind.     

秦岭石人山岩块的构造岩石学特征及其意义

通过对石人山岩块进行系统的矿物学、岩石学特征分析,总结出在洛南—栾川断裂带的影响下,该岩块的变质-变形特征,并阐述其变化规律。石人山岩块的南部边缘发育有一套混合岩带,褶皱强烈,基性岩条带十分清晰。岩石的变质程度由南向北逐渐变浅,从低角闪岩相和角闪岩相的片岩到片麻岩,再到花岗岩,暗色矿物逐渐减少,与花岗岩呈过渡关系;由南向北,随着远离断裂带,岩石结构由碎裂结构向变晶结构—变余结构变化;岩石构造由片状构造向片麻状构造—变余构造变化,变质程度总体是由强变弱、连续的渐变过程;石英的重结晶型式和边界形态、长石变形情况显示:洛南—栾川断裂带和石人山岩块岩石的变质温度范围在300～550℃,属中高温条件;由于后期构造作用的影响,出现温度的非协调现象;动态重结晶石英颗粒边界的分维数为1.332～1.243,从洛南—栾川断裂带往北,随着远离断裂带,呈减小趋势;应变速率值为6.75577×10-16～1.81072×10-16,属于中应变速率条件,并且越靠近断裂带应变速率越大,远离断裂带应变速率逐渐减小。     

富镁尾矿封存二氧化碳的实验地球化学研究

为了实现IPCC 提出的控温1.5℃的目标，矿物封存因其具有长期稳定性和安全性的特点而成为研究热点，文章选取富镁尾矿作为封存原料进行研究。该尾矿为盐湖钾盐生产废弃物，由于无法利用，一直困扰当地产业。将其利用为封存二氧化碳的原料，可实现以废治废。文章通过实验研究不同反应温度（0、20、50、80℃） 下二氧化碳吸收和碳酸盐沉淀两个核心过程，探讨二氧化碳在MgCl₂-NH₃-H₂O 体系中的反应路径和速率，发现二氧化碳在气—液界面的动力学反应速率常数 是限制CO₂传质的重要因素，对温度和反应速率常数进行建模发现两者关系为： k_app=1.4857×10⁵ exp(-1974/T) 。另外，通过对比不同温度下的二氧化碳吸收率和碳沉淀速率，提出最佳的实验温度条件，为富镁尾矿规模化封存二氧化碳提供参考。     

臼齿碳酸盐岩成因探讨——以吉林-辽宁地区新元古界为例

臼齿(Molar Tooth)碳酸盐岩问题已经研究了100多年,许多学者都对它的成因提出了不同的假设,但始终未能取得共识。文中作者列举了现有各种臼齿碳酸盐岩的成因假说,指出了这些成因假说中存在的种种问题和矛盾,并提出了臼齿碳酸盐岩生物成因的可能性。从元古代生物演化的规律说明臼齿碳酸盐岩形成、繁盛及衰退的时期与地球上真核生物的出现和繁盛及后生动物出现的界线相一致;从臼齿碳酸盐岩形成的构造背景、气候条件和沉积环境、结构构造特征、化学组成（特别是黄铁矿的形态和SnO2的富集）、碳、氧同位素的分布规律以及生物标志物的多样性等方面提出了臼齿（微亮晶）碳酸盐岩生物成因可能性的证据;还特别指出元古代叠层石的生长和繁盛与臼齿碳酸盐的岩发育呈负相关关系。 同时也阐述了生物成因解释遇到的困难,并指出今后应大力开展臼齿碳酸盐岩形成的沉积环境与岩相,特别是早期成岩作用和相关地球化学特征研究。从元古代古海洋化学性质的变化着手研究将成为揭示臼齿碳酸盐岩成因的根本手段。     

长英质富晶体火山岩成因——岩浆补给与晶粥再活化

火山是人类窥探深部岩浆系统的窗口。从全球范围来看,贫晶体富熔体的火山岩(尤其是玄武岩和流纹岩)大面积出露,而富晶体的长英质火山岩仅出露于破火山周围。长英质富晶体火山岩主要可分为两类：一类是成分和晶体含量均一的火山岩;另一类是成分和斑晶含量分带的火山岩。富晶体火山岩是冷储存晶粥接受岩浆反复补给后重熔、再活化,重新具备流动能力而喷发形成的,储库中先存物质的成分决定了再活化形成的富晶体火山岩的类型。富晶体火山岩的存在能够很好地解释岩浆储库具有较长的寿命而岩浆汇聚结晶的过程却是迅速的这种看似矛盾的现象。虽然近年来长英质富晶体火山岩的研究已经取得了明显的进展,但仍有许多问题亟待解决,如碎斑熔岩的成因,如何判别晶粥活化,晶粥再活化与火山喷发的关系,岩浆补给和晶粥活化的时间尺度等。对富晶体火山岩的进一步研究将有助于深入揭示熔体演化、运移、在浅部的聚集和喷发的机制,并可为建立更完善的长英质岩浆演化模型提供更多信息。