CO2流体对含片钠铝石砂岩改造作用的实验研究

不同温度（100℃,200℃和300℃）下CO_{2流体对含片钠铝石砂岩的改造作用研究显示:随着温度的升高,砂岩的溶蚀、溶解程度逐渐增强,样品中片钠铝石的稳定性逐渐减弱。同时,各温度下样品表面均有一水软铝石放射状集合体沉淀。200℃时,随着片钠铝石的溶解有自生菱铁矿生成,300℃时样品局部有绿泥石沉淀。100℃下片钠铝石的微弱溶解及200℃下菱铁矿的形成表明,在地层条件下以碳酸盐矿物形式捕获的CO2,不会由于CO2的二次注入而重新释放。}     

砂岩中片钠铝石的特征及其稳定性研究

片钠铝石是一种斜方晶系、含水、钠和铝的碳酸盐矿物,砂岩中的片钠铝石是最晚形成的自生矿物之一,一般以放射状、束状、毛发状、板状等分布于砂岩的孔隙中或交代长石和岩屑等。片钠铝石是在高CO₂分压,温度在25~100℃,碱性—弱酸性流体条件下形成的。片钠铝石的溶解实验表明,地层条件下片钠铝石发生溶解的温度区间为100~150℃,且反应后有碳酸盐及其他矿物生成。片钠铝石在100℃时的稳定和新碳酸盐矿物的生成表明,地层条件下片钠铝石能够稳定存在,能够实现CO₂在地下的永久贮存。     

CO_2流体与储层砂岩相互作用机理实验

储存于地下岩层中的CO2与矿物发生化学反应导致次生碳酸盐矿物的沉淀,CO2将以碳酸盐矿物的形式长时间地固结在储层岩石中,从而有效减少CO2向大气中的排放。通过对不同温度下CO2-H2O-砂岩相互作用机理的研究,以及反应后样品的扫描电镜观察、质量损失量和剩余反应液中总矿化度变化的分析发现:砂岩样品的溶蚀程度随温度的升高而逐渐增强;100℃和175℃时样品表面分别有方解石和白云石生成,250℃时新生成的矿物因温度过高而溶解。这表明CO2能够以碳酸盐矿物的形式固定在矿物中,175℃为本实验所证明较适合的贮存温度。     

CO2流体-长石相互作用实验研究

不同温度下(100、200、300℃)CO2流体与富钾长石和斜长石的水热实验表明:随着温度的升高,长石的溶蚀强度逐渐加大,且钠长石的溶蚀程度强于钾长石。在CO2流体与富钾长石及斜长石反应后,200℃和300℃时样品表面均有球粒状、棒状及花状的水铝矿生成,且200℃时样品表面有菱铁矿生成;在CO2流体与斜长石反应后,300℃时样品表面有球形的氧化亚铁析出。这表明CO2能够以碳酸盐的形式在矿物中"固定",其被"固定"的上限温度为200℃左右。     

钾长石—CO_2相互作用水热实验研究

利用高压釜在不同温度下(100℃、125℃、150℃和175℃)开展了CO2-钾长石水热实验。通过扫描电镜、X--衍射技术及紫外分光光度计等对反应前后样品及溶液进行观察或测试,结果表明,随着温度的升高,钾长石溶蚀程度增加,150℃时在钾长石表面识别出新生的碳酸盐等矿物。这说明温度达到150℃时,CO2就能够以新生矿物的形式稳定固结在地层中,为CO2的地下封存提供了实验依据。     

CO2流体对火山碎屑岩改造作用的实验研究

以塔木察格盆地火山碎屑岩为研究对象,研究不同温度下(100、120、140、160、180℃)CO2流体对火山碎屑岩(流纹质凝灰岩、沉凝灰岩)成分的改造.研究发现:在CO2流体的作用下,火山碎屑岩中的长石、碳酸盐矿物发生溶蚀,且其溶蚀强度随温度的升高而增大,石英的溶蚀程度较弱;火山碎屑岩中的凝灰质成分易溶蚀,并且是CO2流体溶蚀火山碎屑岩的主要对象;通过扫描电镜观察发现沉凝灰岩在160℃下样品表面有绿泥石(?)和一水软铝石(?)生成.结合塔木察格盆地中的碳酸盐矿物(尤其是片钠铝石)的存在及盆地中次生溶孔大量发育的特征,认为盆地内有CO2流体活动且CO2流体对塔木察格盆地次生孔隙的形成有重要的贡献.     

海拉尔盆地贝尔凹陷含片钠铝石沉凝灰岩的成岩作用

以海拉尔盆地贝尔凹陷大磨拐河组—伊敏组的含片钠铝石火山碎屑岩为研究对象,采用偏光显微镜、扫描电镜及配套能谱、茜素红-S染色、阴极发光和X-射线衍射分析等技术手段,对研究样品的岩石类型、自生矿物种类及共生序列进行了详细研究.贝尔凹陷发育片钠铝石的宿主岩石类型为沉凝灰岩,自生矿物以发育片钠铝石、铁白云石和菱铁矿三种碳酸盐矿物为主,片钠铝石含量高达25％.成岩共生序列为菱铁矿Ⅰ→高岭石、石英次生加大→片钠铝石→微晶石英→方解石→铁白云石→菱铁矿Ⅱ→沥青.不同于国内外其它地区发现片钠铝石的主要产状为充填孔隙,本区内发育的片钠铝石以交代长石、石英、岩屑颗粒和高岭石基质为赋存特征,表明沉凝灰岩中的长石、岩屑、高岭石基质可以为其提供金属离子物质来源,并在CO2参与下,与成岩流体反应生成片钠铝石.大量碳酸盐矿物(15-44％)的发育证明了火山碎屑岩具有较高的CO2矿物捕获能力.     

海拉尔盆地贝尔凹陷含片钠铝石沉凝灰岩的成岩作用

以海拉尔盆地贝尔凹陷大磨拐河组-伊敏组的含片钠铝石火山碎屑岩为研究对象,采用偏光显微镜、扫描电镜及配套能谱、茜素红 S染色、阴极发光和X 射线衍射分析等技术手段,对研究样品的岩石类型、自生矿物种类及共生序列进行了详细研究。贝尔凹陷发育片钠铝石的宿主岩石类型为沉凝灰岩,自生矿物以发育片钠铝石、铁白云石和菱铁矿三种碳酸盐矿物为主,片钠铝石含量高达25%。成岩共生序列为菱铁矿Ⅰ→高岭石、石英次生加大→片钠铝石→微晶石英→方解石→铁白云石→菱铁矿Ⅱ→沥青。不同于国内外其它地区发现片钠铝石的主要产状为充填孔隙,本区内发育的片钠铝石以交代长石、石英、岩屑颗粒和高岭石基质为赋存特征,表明沉凝灰岩中的长石、岩屑、高岭石基质可以为其提供金属离子物质来源,并在CO2参与下,与成岩流体反应生成片钠铝石。大量碳酸盐矿物（15-44%）的发育证明了火山碎屑岩具有较高的CO2矿物捕获能力。     

片钠铝石的成因及其对CO2天然气运聚的指示意义

片钠铝石作为胶结物、自生矿物或脉体，不仅分布在海相白云岩、油页岩中，而且还广泛分布在陆源碎屑岩及煤系地层中。大量的实例及人工合成片钠铝石实验表明，片钠铝石的形成需要碳酸溶液或过量的CO2气，片钠铝石的分布往往与CO2天然气藏相伴生。CO2气的来源决定了片钠铝石具有无机和有机两大成因类型，其中，无机成因包括岩浆成因和碳酸盐热解成因。然而，不论源于有机成因CO2气还是无机成因CO2气，片钠铝石均可作为富CO2流体运移或聚集的“示踪矿物”，地质过程中片钠铝石的出现或富集表明该区曾存在大量CO2运移或聚集。     

中低温成矿过程的锰镁碳酸盐矿物化学动力学与矿物成因

文章使用开放流动反应装置研究了中低温热液矿床中常见脉石矿物碳酸盐(白云石、菱锰矿)在25℃～250℃水中化学动力学溶解反应速率。在25℃条件下,碳酸盐矿物的溶解速率r(Ca)>r(Mn)>r(Mg)。碳酸盐矿物在水中200℃时具有最大溶解速率。随着温度的继续升高,Mg、Mn碳酸盐的溶解反应速率会下降,容易形成白云石和锰碳酸盐。实验研究结果有助于理解中低温环境下,金属矿石的主要伴生碳酸盐矿物与水反应的化学动力学限制,试图说明中低温矿石伴随白云石和锰碳酸盐的沉淀机理。     

松辽盆地南部红岗油田青山口组砂岩中片钠铝石的形成温度

主要以松辽盆地南部红岗油田富含片钠铝石砂岩的红143和红146井为研究对象,通过普通薄片鉴定、茜素红-S染色、扫描电镜、能谱分析、显微测温等分析方法,对研究区含片钠铝石砂岩的成岩共生序列,尤其是流体包裹体均一温度进行了详细的研究.红岗油田成岩共生序列为:黏土矿物→石英次生加大边→方解石→片钠铝石→铁白云石→石英愈合微裂...     

Controlling factors for dawsonite diagenesis: a case study of the Binnan Region in Dongying Sag,Bohai Bay Basin,China

Authigenic minerals and the diagenetic sequence of the dawsonite-bearing sandstones from the Binnan Region of the Dongying Sag, Bohai Bay Basin, China were studied to understand the formation of dawsonite, as a possible mechanism for mineral trapping of CO₂ in carbon capture and storage (CCS) programmes. Authigenic minerals include quartz overgrowth, dawsonite (5–15 vol%), calcite, ferrocalcite and ankerite. The major rock types are medium- to fine-grained arkose, feldspathic litharenite and lithic arkose. Quantitative analysis suggests that the burial depth and feldspar content are the two dominant controlling factors of the growth of dawsonite. The dawsonite content increases initially before decreasing with burial depth, with the peak dawsonite content occurring at approximately 1500 m depth. This trend is probably due to increases in temperature and pCO₂ with the burial depth and contributes to the formation of dawsonite. However, the pCO₂ content and stability of dawsonite decrease with increasing distance from the centre of the gas reservoir. When the formation temperature exceeds the upper limit of the preservation temperature of dawsonite, the dawsonite is suppressed, while the dissolution of dawsonite is promoted. Overall, the dawsonite content exhibits a positive correlation with the feldspar content. The dissolution of feldspar makes both Na⁺ and Al³⁺ available and creates the accommodation space necessary for dawsonite growth. In addition, feldspar dissolution also neutralises the acidity of the thermal fluid present, which again facilitates the growth and preservation of the dawsonite.     

自生片钠铝石的碳氧同位素特征及其成因意义

自生片钠铝石的碳氧同位素特征可以为片钠铝石的成因研究提供重要的地球化学依据。以海拉尔盆地乌尔逊凹陷和松辽盆地孤店构造片钠铝石碳氧同位素分析为基础，结合国内外已报道的自生片钠铝石的碳氧同位素数据，对自生片钠铝石的碳氧同位素特征及其成因意义进行了探讨。研究表明，海拉尔盆地乌尔逊凹陷和松辽盆地南部孤店CO2气田砂岩中片钠铝石的δ13C范围分别为–5.3‰～–1.5‰（PDB）、–1.9‰～+0.3‰（PDB），均分布于含无机碳物质δ13C分布区间（－9.0‰～＋2.7‰）内。计算出的海拉尔盆地和松辽盆地与片钠铝石平衡的CO2气碳同位素分布范围分别为－10.7～－7.0‰（PDB）、－8.7～－6.9‰（PDB），表明片钠铝石绝大部分形成于无机CO2背景。实际地质观察中形成片钠铝石的CO2绝大多数为岩浆脱气来源，岩浆成因片钠铝石碳同位素分布范围为－5.5～＋4.5‰（PDB）。海拉尔盆地和松辽盆地的片钠铝石是岩浆成因CO2气运移、聚集的特征矿物。计算出的海拉尔盆地和松辽盆地片钠铝石沉淀时介质水的δ18O值范围为-14.3～-9.4‰（SMOW），表现为轻同位素的特点，表明片钠铝石形成时地层水为大气降水。计算出的海拉尔盆地片钠铝石同位素为52.7～93.6℃，与样品所在深度处的古地温范围（65.4～87.6℃）基本吻合。     

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。     

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。     

CO2 degassing and trapping during hydrothermal cycles related to Gondwana rifting in eastern Australia

Intensive carbonate and clay mineral authigenesis took place throughout the Late Permian Bowen-Gunnedah-Sydney basin system in eastern Australia. We conducted isotopic and trace element analyses of carbonate and clay minerals from clastic sedimentary rocks of the Gunnedah Basin and the Denison Trough in the Bowen Basin. Rb-Sr isochron age data of the illitic clays are consistent with episodic hydrothermal fluid flow events that occurred in association with Gondwana rifting accompanied by alkaline magmatism at ∼85 Ma and ∼95 Ma. Stable isotope data of carbonate and clay minerals from the Gunnedah Basin are indicative of meteoric waters from a high-latitude environment as the main fluid source, whereas trace element, Sr and Nd isotope data highlight mixing of meteoric fluids with magmatic and/or crustal components, with a possible input from marine carbonates for some samples. Trace metals, oxygen and strontium isotopes of dawsonites from the Denison Trough are interpreted to have been mobilised by fluids that interacted with evolved clastic sedimentary and marine carbonate end members. According to the carbon isotope data, CO₂ for calcite and ankerite precipitation was sourced mainly from thermal degradation of organic matter and magmatism, whereas the CO₂ used for dawsonite formation is inferred to have been derived from magmatic and marine sources. In the low permeability environments (particularly in coal seams), the increasing accumulation and oversaturation of CO₂ particularly promote the precipitation of dawsonite.     

碳酸盐岩中地开石的分布特征及其成因

塔里木盆地巴楚-麦盖提地区石炭系小海子组碳酸盐岩中存在大量地开石,利用X射线粉晶衍射对该矿物进行了鉴定,利用阴极发光显微镜和扫描电镜对地开石的形态与分布进行了研究。地开石晶体为短柱状,晶体大小约3~13 μm,分布在溶蚀孔、白云石晶间孔和缝合线的溶解段中。经岩石薄片和阴极发光观察,发现在地开石出现的岩样中存在萤石。地开石与萤石组合的出现,表明该地区小海子组存在着热液活动。经统计,地开石和萤石通常富集于某一层,可追踪热液流体来源的深度。由于地层中未见地开石的前身矿物,并且在温度低于100℃的地层中也出现了地开石,推断该区地开石为热液成因。热液流体不仅为地开石形成创造了条件,还导致了小海子组碳酸盐岩产生大量溶蚀孔隙。热液与岩石间的水岩反应导致萤石交代白云石,溶孔壁白云石重结晶。通过对储层物性数据的分析,表明热液溶蚀能明显增加孔隙度,但萤石和地开石的形成对孔隙度起破坏作用。热液溶蚀是小海子组碳酸盐岩储层形成的重要机理,对指导该区油气勘探具有实际意义。