溶液矿化度及加量对钠-蒙脱石晶间距的影响研究

自来水引起的钠-蒙脱石黏土矿物晶间距增量大于不同矿化度的KCl、NaCl、CaCl2溶液,在水中加入不同类型的盐有助于稳定钠-蒙脱石黏土矿物,抑制黏土矿物晶间距扩展。不同类型、不同矿化度盐溶液引起的钠-蒙脱石黏土矿物晶间距增量不同,比较KCl、NaCl、CaCl2 3种溶液,KCl溶液引起的晶间距变化量最小,在饱和KCl溶液作用下,钠-蒙脱石黏土的晶间距变化量仅1.32%。钠-蒙脱石与不同类型溶液接触,随溶液加量增加,晶间距增量逐渐减小并逐渐趋于稳定。钠-蒙脱石的水化膨胀量与溶液总加量无直接关系,当黏土矿物浸泡在水溶液中时,晶间距不会随着水的总量增加而无限扩展。钠-蒙脱石与加量相同的不同类型溶液接触时,晶间距随接触时间增加呈复杂指数函数变化,表现出在初期突变增大并很快趋于稳定的特点。     

湘西北地区下志留统龙马溪组页岩矿物成分特征及意义

运用X射线全岩衍射和扫描电镜等技术,对湘西北地区下志留统龙马溪组的页岩矿物组成进行了定性和定量分析。龙马溪组页岩主要矿物成分是石英(48.1%)、黏土矿物(34.0%)和长石(11.5%),且含有少量方解石、白云石和黄铁矿等;黏土矿物呈伊利石、有序的伊/蒙混层和少量绿泥石以及微量高岭石的组合特征,其中伊利石和伊/蒙混层含量较高,分别达到64.7%和21.7%,反映出龙马溪组页岩达到晚成岩作用阶段。龙马溪组处于浅水陆棚向深水陆棚过渡的沉积环境,页岩有机质易于富集和保存。页岩岩心样品脆性矿物含量分布在34.4%～79.6%之间,平均脆性指数达65.4%,具备较好的压裂改造条件。与周边焦石坝页岩气田等相比,龙马溪组页岩矿物组成具有相似性,反映湘西北具备页岩气勘探开发的地质潜力。     

渝东五峰组-龙马溪组页岩矿物成分与孔隙特征分析

页岩的矿物成分和孔隙特征对页岩气成藏和开采具有重要意义。四川盆地渝东石柱县打风坳地区五峰组-龙马溪组富有机质页岩广泛发育,应用X射线衍射技术对其矿物成分特征进行研究,发现五峰组-龙马溪组页岩矿物成分包含石英、长石、方解石、白云石、黄铁矿、伊利石、伊/蒙混层和绿泥石。脆性矿物含量(50%)和黏土矿物组合特征表明五峰组-龙马溪组是宜于页岩气形成与开采的有利层位。应用氩离子抛光-扫描电镜方法对页岩微纳孔隙特征展开研究,发现无机孔、微裂缝和有机孔3种孔隙类型。无机孔主要包括粒间孔、黄铁矿晶间孔、黏土矿物层间孔和溶蚀孔,孔径数百纳米至数微米;微裂缝包括构造裂缝和解理缝,缝长集中于3~10μm,缝宽数百纳米。有机孔主要发育在有机质内部,呈片麻状或蜂窝状,孔径30~200 nm,连通性较好。总体而言,五峰组页岩中最主要的孔隙类型是溶蚀孔,龙马溪组页岩中主要发育粒间孔和有机孔。     

十红滩地浸砂岩铀矿层间氧化带蚀变矿物群

十红滩砂岩型铀矿床是我国大型层间氧化带型砂岩铀矿床之一。层间氧化带型砂岩铀矿含矿砂层在含氧含铀水的渗入径流过程中,由于水介质性状的变化,在与砂体发生水岩作用时形成了完全氧化带、不完全氧化带、还原带和原生带等不同地球化学亚带及其相对应的蚀变矿物群,即完全氧化带为褐铁矿(针铁矿、水针铁矿)、伊利石、蒙脱石、少量黄钾铁矾的蚀变矿物群;不完全氧化带为褐铁矿(针铁矿、水针铁矿)、黄钾铁矾、蒙脱石、伊利石、少量绿泥石、高岭石的蚀变矿物群;还原带为沥青铀矿、黄铁矿、高岭石、绿泥石、少量蒙脱石、伊蒙混层粘土、伊利石和碳酸盐等新生蚀变矿物群;原生带的新生蚀变矿物群以黄铁矿、绿泥石、高岭石为主,有时出现少量碳酸盐、蒙脱石和伊利石等。     

黏土矿物组构对水化作用影响评价

泥页岩水化过程中黏土矿物起着主要的作用,但目前还缺少相关的定量描述研究。为此,利用SEM、X-粉晶衍射技术,对采自不同地区的泥岩和板岩在干燥状态、不同浸泡时间后的微观结构和含量进行分析及研究,分析黏土矿物的组构随浸泡时间的变化过程,并定量地分析其对水化过程的影响规律,研究泥页岩的软化过程。研究认为,（1）泥页岩、板岩中影响水化过程的内在因素是蒙脱石、高岭石、绿泥石和伊利石等黏土矿物的含量;（2）黏土矿物定向排列时水化作用效果较无序排列时的明显;（3）泥页岩的水化作用是一个渐进的过程,即在水化过程中流体介质首先使表面的黏土矿物软化,产生掉块;随着时间延长,流体沿裂缝、层理面向岩石内部渗透,黏土土矿物发生膨胀;无围岩限制作用时坍塌掉块持续发生;（4）泥浆中加入一定的无机盐有助于抑制水化过程的发生;压力增加将抑制水化过程的产生;温度升高则能促进泥页岩的水化过程。     

蒙脱石伊利石化的水热实验模拟

以蒙脱石为初始材料,通过水热实验模拟在不同温度压力条件下蒙脱石的伊利石化过程。利用X射线粉末衍射及X射线荧光光谱、红外光谱和扫描电镜等方法对样品的矿物物相、化学成分、晶体结构与微观形貌等进行分析,其结果表明:(1)蒙脱石至伊利石的转化受温度和压力条件的控制;(2)随着温度和压力的增高,蒙脱石伊利石化沿着蒙脱石-无序伊蒙混层-有序伊蒙混层-伊利石的转化序列进行转化;(3)水热实验模拟表明蒙脱石至伊利石的转化以溶解重结晶机制为主。实验结果不仅有助于了解埋藏与低级变质作用中的蒙脱石伊利石化过程,同时为研究断层活动所致断层泥中黏土矿物的转化及反演断层形成时温度压力条件提供基本参数。     

四川盆地志留系龙马溪组页岩储集空间及矿物组成特征

基于四川盆地长宁县双河镇下志留系龙马溪组新鲜露头剖面野外考察,通过SEM、矿物含量等分析,研究龙马溪组页岩岩石学特征、矿物组成特征和储集空间类型,并讨论页岩储集空间的影响因素以及储层矿物组成的特征.结果表明：发育有黄铁矿孔隙、黏土矿物晶间微孔和微裂纹、有机质孔隙、层间页理缝等4种储集空间,岩相类型、矿物组成、成岩作用控制着储集空间;研究区龙马溪组页岩储层矿物特征明显,对页岩气的开采具有重要意义.     

泥页岩主要黏土矿物组分甲烷吸附实验

为了从深层次揭示控制黏土矿物天然气吸附能力的主要因素, 选择不同来源和成因的泥页岩中的常见黏土矿物进行了甲烷等温吸附实验.分析显示不同类型的黏土矿物气体吸附能力差异明显, 各种黏土矿物甲烷吸附容量次序为蒙脱石＞＞伊蒙混层＞高岭石＞绿泥石＞伊利石＞粉砂岩＞石英岩.黏土矿物结晶结构决定了矿物片层之间的层间孔隙和聚合体颗粒之间粒间孔隙的形态和大小, 从而决定着其表面积和气体吸附性能.黏土矿物甲烷吸附能力与电镜扫描所反映的微孔隙发育程度密切相关.研究表明, 黏土矿物的气体吸附能力不仅与黏土类型有关, 而且明显受成岩演化程度和岩石成因的影响.此外, 随粒度减小孔隙连通性和内表面积的不断增加, 黏土矿物气体吸附能力有所升高.      

渝东北地区五峰组-龙马溪组黑色页岩储层特征

以渝东北地区浅海陆棚相沉积的五峰组-龙马溪组泥页岩为研究对象,通过岩石薄片鉴定、矿物含量分析、扫描电镜、物性分析、有机地球化学分析等手段,剖析了泥页岩的岩相学、矿物学特征、储集空间类型。结果表明,五峰组-龙马溪组主要有炭质页岩、泥岩、泥质粉砂岩、硅质岩、泥灰岩和斑脱岩6种岩相类型。黑色页岩的有机质类型为Ⅰ型干酪根,有机碳含量较高,TOC普遍大于2%,最大达7.56%,平均为3.09%;有机质成熟度比较高,Ro值为1.65%~2.33%,基本上处于高成熟-过成熟阶段。矿物成分以石英矿物和黏土矿物为主,黏土矿物主要为伊利石和伊蒙间层。扫描电镜下观察,微孔隙主要包括矿物晶间孔、晶内孔、微裂缝以及有机质内微孔等。平均孔隙度为2.90%,平均渗透率为0.005×10-3μm2。     

滇黔北坳陷及邻区下志留统龙马溪组页岩气储层特征

基于8口钻井、2个剖面点的岩样观察和测试分析,滇黔北坳陷及邻区下志留统龙马溪组下段是富有机质泥页岩发育的层段,有机质演化达到过成熟阶段。X衍射全岩分析表明,龙马溪组泥页岩由黏土矿物、石英、碳酸盐、长石、黄铁矿等矿物组成,黏土矿物则以伊利石为主。泥页岩的平均脆性指数56.11%~73.21%,压裂时易于形成网络裂缝;常规物性测试,孔隙度、渗透率很低,扫描电镜观察,纳米级孔隙和裂缝发育。     

单矿物纳米孔隙特征及其在页岩储集层表征中的意义

为研究单矿物纳米孔隙特征及其在页岩储集层表征中的意义,针对11种单矿物开展了N_2吸附实验,结果表明,高岭石、黄铁矿、钙质及长英质矿物以大孔(50 nm)为主,孔隙形态为楔形;其余黏土矿物介孔(2~50 nm)发育,以平行板状孔隙为主;除铁绿泥石和伊利石主要由微孔(2nm)贡献比表面积之外,单矿物多由介孔贡献;黄铁矿、钙质及长英质矿物中以钠长石孔隙最为发育,黏土矿物中则铁绿泥石高岭石伊利石伊蒙混层钙蒙脱石。同时,基于页岩样品SEM结果分析,当页岩孔隙结构特征与单矿物相近时,通过矿物组成加权构建了页岩吸附等温线及孔径分布。其构建效果受有机孔(或TOC)含量的影响。     

有机质对蒙脱石伊利石化作用的影响——来自热模拟实验的证据

<正>蒙脱石伊利石化作用是泥岩成岩过程中最为重要的矿物转化之一。两种矿物同属2:1型片状黏土矿物。最大的差别在于蒙脱石属于膨胀性黏土矿物,层间域被水和有机质占据;伊利石属非膨胀性黏土矿物,层间被阳离子(K+)占据。前人先后提出了多种蒙脱石向伊利石转化的模式。目前被大多数学者认可的主要是固态转化机制[1-2]和溶解重结晶机制[3-4]。前者强调结构层内及层间化学成分的渐变,而后者关注结构层的突变溶解。所有这些转化机制都是在水-岩作用体系下,强调温度[5-6]、时间[7-8]、K+)浓度[4,9]水/岩比[10-11]     

木里煤田煤系泥页岩储层特征研究

为深入研究青海省木里煤田聚乎更矿区三露天井田煤系泥页岩储层孔渗特征并评价其优级,通过孔径、X射线衍射、扫描电镜、孔渗等实验和测试分析,针对含煤岩系中泥页岩储层层位、储集层性质方面,对三露天井田中侏罗系煤系泥页岩储层孔隙类型及其特征做出定量分析。研究表明,研究区泥页岩储层存在粒间孔、粒内孔、溶蚀孔及微裂缝等4种微观孔隙类型。以黏土矿物聚合体粒间孔和层间粒内孔最为发育;Ⅳ型等温线和滞后回线表明泥页岩储层主体孔隙大小为2~50nm,孔隙类型以狭窄型为主,属中孔级别。样品主要组成矿物为石英和黏土矿物,其中黏土矿物以蒙脱石和伊利石为主;泥页岩储层更容易在外力作用下形成天然裂缝和诱导裂缝。储层的矿物组成和物性特征均表明木里组更有利于煤系页岩气的富集;所研究的三露天井田泥页岩储层的评价为后续的勘探开发提供了基础。     

黏土矿物与碱激发地聚物的相互作用机理

土体固化的核心问题之一就是使用适宜的固化剂固化黏土矿物。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)等试验方法,研究不同碱含量下碱激发地聚物固化的蒙脱石、伊利石和高岭土的微观结构、物质组成及物理化学反应过程,探究碱激发地聚物与黏土矿物之间的相互作用机理。研究结果表明:黏土矿物经碱激发地聚物固化后,由松散颗粒转变为块状致密结构;随着地聚物中碱含量的增加,Si、Al及Ca元素电子结合能下降;蒙脱石在衍射角为5°左右(001)峰形右移,层间距减小;蒙脱石吸附水含量减小,亲水能力下降,矿物活性被限制。     

渝东南彭水地区彭页1井龙马溪组储层特征及含气性研究

渝东南地区是我国页岩气勘探开发的重点地区.以彭水地区彭页1井龙马溪组泥页岩为研究对象,结合钻井资料、全岩分析、薄片观察、扫描电镜、核磁共振与氮气吸附等实验,对页岩岩矿特征、有机地球化学、储层特征与含气性进行系统分析.研究表明：彭页1井龙马溪组泥页岩厚度约80 m,脆性矿物含量高,以石英为主,约占48%,其次为长石与碳酸盐矿物;黏土矿物占29%,以伊利石为主,占黏土矿物总量的65%,与美国Barnett页岩矿物成分及含量相近,有利于后期压裂.该井区页岩有机质类型为II₂型,TOC为1%～3%,平均1.84%,成熟度2.5%～4.4%.储集空间多为纳米级—微米级孔隙,有机质孔和粒间孔为主,可见粒内溶蚀孔、微裂隙、黏土矿物层间孔和少量晶间孔,平均孔隙度2.43%,孔径以微小孔为主,介于2～80 nm,渗透率主要集中在0.005～0.01 mD,含气性中等—偏低,解析气量平均1.15 m³/t,饱和吸附量（V_L）平均2.56 m³/t,均低于Barnett页岩和焦页1井的含气量,有机质丰度、储层孔隙度是该区页岩含气量的主控因素,其次还受脆性矿物和黏土矿物含量影响.     

循化盆地晚渐新世-早中新世沉积物中黏土矿物特征及其古气候指示意义

采用X射线衍射、扫描电子显微镜分析方法,对青海循化盆地晚渐新世-早中新世沉积物中黏土矿物的微观形貌、体积分数、结晶度及其古气候指示作用进行了深入的研究。分析结果表明,晚渐新世盆地沉积物中的黏土矿物主要为蒙脱石、伊利石、坡缕石和绿泥石,以蒙脱石为主,指示循化地区总体为相对温暖潮湿的气候条件,蒙脱石、伊利石和绿泥石相对体积分数及伊利石、蒙脱石结晶度值均出现明显的周期性波动,表明循化地区气候经历了干旱-温暖潮湿交替的变化;早中新世盆地沉积物中的黏土矿物主要为伊利石、蒙脱石和绿泥石,以伊利石为主,各黏土矿物体积分数及伊利石、蒙脱石结晶度值的变化范围不大,表明循化地区气候以相对持续冷干为特征。从晚渐新世到早中新世,气候条件由相对温暖潮湿到相对冷干的转变,揭示其间(约21.3Ma)出现了一次极端的降温事件,可能与青藏高原隆升及亚洲沙漠化密切相关。     

成岩作用对泥页岩储集性能的影响: 以东营凹陷古近系沙四上亚段为例*

陆相页岩油储集层孔隙结构特征及储集能力受泥页岩在埋藏过程中经历的复杂成岩改造影响,纵向上表现出显著的差异性,但相关研究仍不够深入。以渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组沙四上亚段典型陆相富有机质泥页岩为研究对象,基于岩心观察描述、岩石薄片鉴定、扫描电镜等多尺度观察手段,结合X射线衍射分析、同位素地球化学分析、物性分析及能谱分析等测试资料,开展泥页岩成岩作用特征及其控储差异研究。研究结果表明: (1)研究区可识别出7种成岩作用类型,其中,建设性成岩作用以方解石重结晶、黏土矿物转化及白云石化作用为主; 沙四上亚段整体处于中成岩A阶段。(2)方解石重结晶、黏土矿物转化及白云石化作用在垂向上表现出显著的差异性演化特征,重结晶成因的亮晶方解石主要发育于纯上3小层与纯上2小层,黏土矿物转化所形成的晶间中—高孔区主要发育于纯上2小层; 研究区主要发育2种类型的白云石,其中,泥晶白云石主要发育于纯上3小层,微晶铁白云石主要发育于纯上1、2小层。(3)方解石重结晶和黏土矿物转化的协同使得纯上2小层产生了大量微孔,同时适量的铁白云石可作为骨架矿物支撑孔隙,有利于中深层孔隙的保存,是该小层成为优质储集层的关键。     

成岩作用对泥页岩储集性能的影响: 以东营凹陷古近系沙四上亚段为例*

陆相页岩油储集层孔隙结构特征及储集能力受泥页岩在埋藏过程中经历的复杂成岩改造影响,纵向上表现出显著的差异性,但相关研究仍不够深入。以渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组沙四上亚段典型陆相富有机质泥页岩为研究对象,基于岩心观察描述、岩石薄片鉴定、扫描电镜等多尺度观察手段,结合X射线衍射分析、同位素地球化学分析、物性分析及能谱分析等测试资料,开展泥页岩成岩作用特征及其控储差异研究。研究结果表明: (1)研究区可识别出7种成岩作用类型,其中,建设性成岩作用以方解石重结晶、黏土矿物转化及白云石化作用为主; 沙四上亚段整体处于中成岩A阶段。(2)方解石重结晶、黏土矿物转化及白云石化作用在垂向上表现出显著的差异性演化特征,重结晶成因的亮晶方解石主要发育于纯上3小层与纯上2小层,黏土矿物转化所形成的晶间中—高孔区主要发育于纯上2小层; 研究区主要发育2种类型的白云石,其中,泥晶白云石主要发育于纯上3小层,微晶铁白云石主要发育于纯上1、2小层。(3)方解石重结晶和黏土矿物转化的协同使得纯上2小层产生了大量微孔,同时适量的铁白云石可作为骨架矿物支撑孔隙,有利于中深层孔隙的保存,是该小层成为优质储集层的关键。     

基于图像分析技术的页岩微观孔隙特征定性及定量表征

在有限的条件下,为了更经济有效地评价页岩微观孔隙特征,同时利用扫描电镜(SEM)、氩离子抛光场发射扫描电镜(FESEM)方法对四川盆地彭水地区龙马溪组页岩孔隙特征进行了定性观察,并借助专业的图像分析软件Iamge J2x提取页岩SEM和FESEM图像蕴含的孔隙定量信息,结合统计学方法分析页岩全孔径分布特征,计算页岩孔隙分形维数,探讨孔隙结构特征以及分析维数与有机碳含量、矿物成分、孔隙吸附能力等的相关性,研究发现:扫描电镜下,彭水地区龙马溪组页岩微米级孔隙发育,主要孔隙类型有粒间孔、黏土矿物层间孔、粒内孔以及微裂缝等;氩离子抛光场发射扫描电镜下,可见大量纳米级孔隙,主要发育有机质孔、无机矿物孔(黄铁矿晶间孔、粒内孔、黏土矿物层间孔、粒间孔等)和微裂缝,两者综合分析更有利于页岩孔隙定性表征;页岩孔隙全孔径分布特征呈4个主峰,主要分布区间为3~9 nm,10~40 nm,100~400 nm,1~4μm;页岩有机质孔隙形状系数分布区间为0.9~1,孔隙呈圆形、近圆形,无机矿物孔形状系数分布在0.5~0.7,多呈三角形、多边形、狭缝形等,孔隙形状较有机质孔复杂,主要受页岩孔隙成因不同所致;彭水地区龙马溪组页岩孔隙符合分形特征,有机质孔隙分形维数较无机矿物孔分形维数小,孔隙结构相对简单;分形维数与有机质含量、矿物成分、孔隙度及吸附气含量都有一定的相关性,随有机质含量的增加,孔隙分形维数增加,孔隙结构复杂化,随分形维数增加,页岩孔隙的最大吸附气含量也随之增加,孔隙吸附能力增强。     

东海西南部表层沉积物黏土矿物分布特征

利用X射线衍射仪,对东海西南部表层沉积物样品进行黏土矿物体积分数分析,研究了东海西南部表层沉积物黏土矿物的组合特征和分布规律。结果表明,东海西南部表层沉积物伊利石为优势矿物,平均体积分数为61.8%;次之为绿泥石,平均体积分数为22.9%;高岭石平均体积分数11.1%,蒙脱石平均体积分数为1.01%。黏土矿物的组合类型以伊利石-绿泥石-高岭石-蒙脱石型为主,伊利石-高岭石-绿泥石-蒙脱石型次之。东海西南部表层沉积物黏土矿物主要为陆源成因,黏土矿物主要组合类型与长江源类型相似,说明黏土矿物主要来源于长江;高岭石体积分数由西向东明显减少,反映了高岭石受闽浙沿岸河流的影响较大;伊利石体积分数和绿泥石体积分数呈现由北西向南东增加的趋势,说明在台湾暖流的作用下,台湾河流为东南部海域提供了伊利石和绿泥石矿物。