成岩作用中的地下水碳酸体系与方解石溶解度

方解石在沉积岩成岩环境中的溶解度与地下水化学特征、温度等有着极为密切的关系。地下水碳酸体系中各碳酸组分的比例是溶液pH值的函数,可溶性CO2、HCO3-和CO32-分别在pH≤pK1的酸性介质、pK1≤pH≤pK2的弱酸至中性介质和pH≥pK2的碱性介质中具有绝对数量。而地下水体系中碳酸总量及各组分的变化受到pH值、气相CO2分压PCO2及固相方解石的溶解-沉淀效应的控制。通过限定溶液中离子的电价平衡和质量守恒约束条件可以确定各种温压环境中的地下水组成及方解石的溶解度特征。溶液pH值和温度是方解石溶解度的最直接的控制因素,且方解石的溶解随pH值不同分别在强酸、弱酸和碱性介质中表现出不同的反应方式。基于质量守恒条件,溶液中初始[ΣCO2]-[Ca2+]值对中性至碱性介质中的方解石溶解度带来很大的影响,当[ΣCO2]0<[ca2+]0有利于方解石的溶解,当[σco2]0>[Ca2+]0时有利于方解石的沉淀。如果CO2—H2O—CaCO3体系同时受到电价平衡和质量守恒条件的约束,则方解石只在酸性介质中溶解,碱性介质中沉淀。新疆塔里木盆地库车坳陷克拉2气田及相关储层中方解石分布特征表明,该区碎屑岩储层中方解石的大量沉淀发生于重碳酸钠型地下水环境中,而孔隙度极好、次生孔隙发育的储集段则出现于氯化型的地下水环境,从而验证了成岩作用中地下水类型对方解石溶解—沉淀的控制机制。      

CO2—咸水—方解石相互作用实验

为揭示咸水环境中CO2与方解石相互作用的特点,选取方解石作为研究对象,设计在不同温压条件下(85℃,5.0MPa;135℃,5.7MPa;185℃,8.8MPa)进行了3组CO2-咸水-方解石的系列实验研究,重点探讨了方解石溶解现象的成因和温度对于方解石溶解程度的影响。实验前后岩样扫描电镜观察、反应液离子变化分析表明,实验后,3组实验中的方解石均表现出溶蚀坑、溶蚀带和溶蚀晶锥的溶解现象;方解石的溶解度在85℃时最低,185℃次之,135℃最高。研究结果表明,在含CO2的咸水中,方解石的溶解现象有溶蚀坑、溶蚀带和溶蚀晶锥,各自的分布规律及规模与温度有关。在含CO2的咸水中,方解石也具有各向异性的溶解特点。使方解石产生最大溶解度的温度峰值可能出现在135～185℃之间。超过这一温度,温度的升高会使方解石的溶解度下降。实验再现了方解石在咸水环境中的溶解、沉淀过程,对于CO2地质封存示范工程具有非常重要的意义。     

埋藏条件下碳酸盐岩实验室溶蚀作用模拟的热力学模型与地质勘探方向——以陕

陕甘宁分下奥陶统马家沟组段为湖坪相碳酸盐岩夹蒸发盐沉积，马五段经历了多期复杂的成岩作用，其中溶蚀作用对马五段影响深刻，首次引用热力学理论对埋藏条件下碳酸盐岩溶蚀作用进行了理论分析和计算，其结果表明碳酸盐在埋藏成岩的不同温度压力条件下，酸性介质中溶解反应的吉布斯自由能均为负值，说明反应可自动向方解石，白云石溶解的方向进行，并随着温压的升温溶解的趋势增大，而且白云石溶解的趋势比方解石更大，碳酸盐岩溶蚀     

温度及CO2对方解石、白云石溶解度影响特征分析

借助水文地球化学模拟软件--PHREEQC对不同Pco2(0～100bar)和不同温度条件下(0～100℃)方解石、白云石在纯水中的溶解度进行模拟和分析.结果表明,Pco2和温度对方解石和白云石溶解度的影响均很大:无Pco2时其溶解度随着温度的升高而逐渐增大,这是因为对于方解石、白云石晶格破坏及溶解高温能提供的能量较大所致;当Pco2较大时(Pco2≥10-3.5bar)其溶解度随温度的升高而降低,原因主要是CO2在高温下形成碳酸的能力较差;当Pco2很小(0      

CaCO3－CO2－H2O岩溶系统的平衡化学及其分析

在介绍了CaCO3- CO2 - H2O岩溶系统平衡化学的原理后,对平衡化学的控制因素,包括温度、CO2 分压、体系的开放程度、离子强度效应、同离子效应、酸效应、碱效应、离子对效应进行了分析,并与CaMg ( CO3 )2 - CO2 - H2O 岩溶系统平衡化学作了对比。结果显示,天然开放的岩溶系统的平衡pH值范围为6. 80～8. 40,在此pH值范围内,水中的碳组分主要以HCO-3 形式存在; 与开放系统相比,在其它条件相同情况下,封闭系统的平衡pH值较高,而平衡[ Ca2+ ]和平衡[ HCO-3 ]较低,特别是在低CO2 分压时,两者的差异更明显;在封闭系统条件下,两种不同的纯CaCO3 - CO2- H2O饱和溶液相混合,将导致溶液对CaCO3 重新具有侵蚀性;离子强度效应、酸效应和离子对效应使方解石的溶解度增加,而同离子效应和碱效应使方解石的溶解度降低; 与方解石溶解平衡相比,其它条件相同时,白云石溶解平衡pH较高,在温度< 70℃时溶解度较大,但在温度> 70℃时溶解度较小。      

基于反向地球化学模拟的地下水形成作用: 以安徽省泗县为例

在了解安徽省泗县水文地质条件基础上,分析了区域水文地球化学特征及类型,探讨了其空间分布特征。根据开采条件下的地下水动力场条件,选择了3条模拟路径,采用PHREEQC软件进行了水文地球化学模拟研究,定量分析了地下水的形成机理及演化。结果表明,路径Ⅰ发生了岩盐、石膏以及伊利石的溶解,高岭土、石英、白云石、萤石发生了沉淀;钙蒙脱石、方解石不参与反应,NaX解吸,CaX_2被吸附;路径Ⅱ发生了岩盐、石膏、伊利石、石英等的溶解以及钙蒙脱石、方解石的沉淀,NaX解吸,CaX_2被吸附;路径Ⅲ发生的反应基本与路径Ⅰ相同,不同之处在该路径上的白云石发生了溶解,其原因可能是地下水在径流过程中溶解CO_2,使其继续溶解白云石以及受沉淀滞后的影响。研究结果表明地下水开采条件下,泗县地下水化学组分主要受到了岩盐和石膏等矿物的溶解作用、钙钠离子交换作用以及钙蒙脱石、方解石沉淀作用的控制。     

碳酸盐岩溶解-沉淀热力学模型及其在塔北地区的应用

 碳酸盐岩作为一种化学岩类其物性受成岩作用的影响十分明显,溶解作用是否发育直接关系到碳酸盐岩储层质量的好坏。碳酸盐矿物在埋藏环境中的溶解度与地层水的化学成分、环境的温度、pH等有着密切的关系。利用地层水化学资料,根据化学热力学的理论,通过方解石及白云石与地层水作用的平衡反应,计算吉布斯自由能变化ΔG,以此来判断方解石及白云石的溶解趋势,并建立了封闭系统中这两种矿物与水作用的热力学模型。根据这个理论模型,对塔北地区159口井奥陶系及6口井的寒武系地层水进行了ΔG的计算,结果显示,塔北地区碳酸盐岩与地层水反应的ΔG基本为负值,表明该地区总体处于碳酸盐岩溶解的环境,寒武系白云岩反应的自由能小于奥陶系灰岩,即在这种深埋条件下白云岩比灰岩更易溶解,这一点在实际岩芯资料上及前人的实验模拟中均有显示。塔北于奇地区自由能的计算结果也为负值,说明该地区强烈的充填作用并非发生在现今条件下,于奇地区现今的埋藏环境是有利于碳酸盐矿物溶解的,这一结论也在该地区奥陶系及寒武系岩芯上得到了验证。
      

埋藏条件下碳酸盐岩实验室溶蚀作用模拟的热力学模型与地质勘探方向——以陕甘宁盆地下奥陶统马家沟组第五段为例

陕甘宁盆地下奥陶统马家沟组五段为潮坪相碳酸盐岩夹蒸发盐沉积。马五段经历了多期复杂的成岩作用，其中溶蚀作用对马五段影响深刻。首次引用热力学理论对埋藏条件下碳酸盐岩溶蚀作用进行了理论分析和计算。其结果表明碳酸盐岩在埋藏成岩的不同温度压力条件下，酸性介质中溶解反应的吉布斯自由能均为负值，说明反应可自动向方解石、白云石溶解的方向进行，并随着温压的升高溶解的趋势增大，而且白云石溶解的趋势比方解石更大。碳酸盐岩溶蚀作用是受热力学规律支配的自然地质作用。碳酸盐岩溶蚀实验模拟的热力学数学模型对陕甘宁盆地油气田勘探具有重大的理论意义和实际应用价值。     

克拉2气田储集岩中方解石胶结物的溶解及其对次生孔隙的贡献

沉积物成岩作用中碳酸盐胶结物的形成和溶解直接关系到岩石孔隙体积及其连通性,对石油、天然气等的储集和运移具有重要影响。通过纵向对比分析发现库车坳陷的克拉2气田储集岩层的孔隙度和渗透率值与碳酸盐含量呈反相关关系,即碳酸盐含量越高,孔、渗值越低。引起碳酸盐含量变化的正是其中的方解石胶结物的变化。岩石显微结构表明,方解石随深度的变化是通过粒间胶结物的早期沉淀、深埋时的溶解及晚期再胶结而发生的,并且导致本区K 201井3 800 m深处的孔、渗高异常带。伴随方解石在深度上的含量变化,地下水也呈现出纵向上的分带性。基于水岩作用热力学相平衡及质量守恒理论,利用相关的热力学数据库和溶液模型,模拟方解石的溶解度与水型之间的关系得出,方解石的溶解度与地下水中[ΣCO2]-[C a2 ]值密切相关,该值越小越有利于方解石的溶解,否则发生沉淀。克拉2气田中N a2SO4型水的[ΣCO2]-[C a2 ]≈0,是典型的方解石饱和溶液,方解石与这种溶液呈平衡态,既无大量的沉淀,也无明显的溶解;N aHCO3型水的[ΣCO2]-[C a2 ]>0,是一典型的过饱和溶液,这种地下水所在的岩石中出现大量方解石胶结物的沉淀,孔、渗值很低;C aC l2型水的[ΣCO2]-[C a2 ]<0,代表了典型的欠饱和溶液,与其对应的储层内不但无方解石沉淀,而且早期的方解石胶结物也要被彻底溶解,形成大量的次生孔隙,导致孔、渗值增高,从而成为本区天然气的最有利储集层段。     

方解石在不同水环境中的溶解与沉淀作用

方解石的溶解与沉淀是各种岩溶地质作用的基础,但对其在不同水环境条件下的溶解过程和溶解度有待深入研究。文章通过实验研究了天然方解石(CaCO₃)在不同水环境中的溶解作用。结果表明,方解石在纯净水、空气饱和水、CO₂饱和水、初始pH=3的溶液和初始pH=9的溶液中溶解时,Ca浓度随着溶解时间的增加呈现缓慢升高并趋于稳定,在溶解4 080 h后达到0.4444～0.4696 mmol·L^-1、0.402 0～0.415 4 mmol·L^-1、0.573 9-0.659 7 mmol·L^-1、1.098 1 mmol·L^-1和0.448 9 mmol·L^-1;方解石(CaCO₃)在纯净水中溶解时溶度积(K_sp)为10^-8.48±0.08～10^-8.48±0.13,吉布斯生成自由能ΔG_f^o[CaCO₃     

花岗质岩石中岩石包体研究的新进展

介绍了近年来国内外在花岗质岩石中的岩石包体研究的部分成果，重点论述了利用花岗质岩石中的岩石包体研究岩浆底侵作用、内生成矿作用、岩浆混合作用和区域变质作用等方面的主要进展。     

蒙古国塔木察格盆地塔南凹陷铜钵庙组火山碎屑岩中片钠铝石胶结物的成因

塔木察格盆地塔南凹陷铜钵庙组火山碎屑岩中发育大量的片钠铝石自生矿物。通过偏光显微镜、扫描电镜及X射线衍射分析等,查明了火山碎屑岩中的胶结物与自生矿物类型和成岩共生序列。含片钠铝石火山碎屑岩的成岩共生序列为粘土包壳-方解石-一期微晶石英-一期高岭石-二期微晶石英、二期高岭石、片钠铝石-铁白云石;通过MAT253稳定同位素质谱仪确定了片钠铝石和铁白云石的稳定同位素组成为片钠铝石的δ¹³C_PDB为-8.15‰~-2.81‰,与片钠铝石平衡的CO₂的δ¹³C_CO2为-12.91‰~-7.55‰,通过与海拉尔盆地及BGS盆地系碳氧同位素数据的类比,表明片钠铝石中的碳主要为幔源岩浆来源,形成片钠铝石的钠和铝主要来源于安山岩岩屑、长石晶屑碎屑、玻屑和火山灰等;铁白云石的δ¹³C_PDB为-6.76‰~-2.65‰,与片钠铝石的碳氧同位素数据相似,结合相关地质实例及地球化学模拟实验,可以推断铁白云石中的碳也是幔源岩浆来源,铁白云石中的铁离子主要来源于安山岩岩屑、玻屑、火山灰和蒙脱石等矿物。     

X射线荧光光谱分析在我国铁矿石分析中的应用

系统介绍了20世纪90年代以来X射线荧光光谱分析（XRF）在我国铁矿石分析中的应用,包括粉末压片法和熔片法两种最基本的分析手段,主要内容集中在熔片—波长色散X射线荧光光谱分析法在我国铁矿石分析方面的测试技术,重点介绍了熔剂的类型、配比、熔片方法、熔融温度以及钴内标的使用,同时介绍了基体效应校正、谱线重叠校正等方面的内容。     

我国矿山环境地质问题类型划分研究

根据矿种类型、矿山开发阶段和矿山存在问题性质的不同,提出了我国矿山环境地质问题类型的3种划分方案。依据矿种所进行的矿山环境地质问题类型划分方案,虽然较为详细具体,但有些问题是相互重复的;依据矿山开发阶段所进行的划分方案,虽然刻画了矿山开发演变整个历史过程中所面临的不同问题,但较为宏观简单;依据矿山自身存在问题的性质的划分方案较为适用。文章最后系统分析了依据问题性质而划分的矿山环境地质问题各类型的特征。     

Presence of radon in groundwater in parts of Bangalore

Presence of high levels of Radon (²²²Rn) gas was reported from groundwater in Bangalore. To ascertain the ground reality and the nature of the hazards, if any, a study was conducted by the Central Ground Water Board, Bangalore in and around Bangalore city. Groundwater samples from borewells and a dug well were collected and analysed. Available data on Radon gas from both groundwater and surface water sources were also compared. The presence of Radon gas and its concentration in groundwater were examined with respect to geology and well depths. The results are discussed in the paper.     

我国荒漠戈壁区矿产勘查技术研究与应用现状

由于荒漠戈壁区的地质工作条件恶劣,为减少勘查成本,避免盲目勘查,在该区开展了航卫遥感技术、大深度物探技术(包括航空、地面和地下等空间)、深穿透地球化学勘查方法和非线性理论数据处理方法等应用,目前在岩性构造推断和矿化信息提取等方面取得了一定的进展。     

Association of hydrogeological factors in temporal variations of fluoride concentration in a crystalline aquifer in India

The major part of groundwater in India is found in granitic aquifers. Fluoride in groundwater from a crystalline aquifer in a semi-arid region of granitic rocks in India, known as Maheshwaram watershed, was analyzed for spatial and temporal variability during 1999–2002 to assess the effect of hydrogeological factors on fluoride concentration. Samples were collected from 32 representative wells in the area for the pre- and post-monsoon seasons and analyzed for F content. The CHESS computer program was used to calculate ionic activities of aqueous species and the mineral saturation index (SI) for calcite and fluorite. The GARDENIA computer program was used to calculate the recharge values in the study area. The influences of dissolution kinetics of fluoride minerals and recharge from rainfall on fluoride concentration were of interest and results clearly indicate that fluoride content in groundwater depends on the interaction period of groundwater with host rock. Results could also be utilized for designing remedial measures particularly with dilution method in an optimal way.     

氧同位素在海洋磷酸盐研究中的应用

海洋中磷酸盐的氧同位素组成不但记录现代海水磷循环的信息(磷酸盐的来源和生物地球化学作用),还记录古环境的信息。因此,利用氧同位素研究海洋磷酸盐正日益受到国内外研究人员的重视。本文综述了利用磷酸盐氧同位素研究方法及其在现代海洋环境与古海洋的应用进展,展示了中国海洋磷酸盐氧同位素研究现状,提出了今后的研究方向。     

辽河双台子河口淤泥质沉积物来源探析

采用化学质量平衡法,分析双台子河口淤泥质沉积物的常量元素特征,并对沉积物来源进行了初步探析。结果表明: 常量元素在沿拦海大坝由北至南方向上变化较为复杂,在向海离岸方向上Al₂O₃、CaO、TFe₂O₃、MgO 等表现为岸边含量较高,向海方向上含量较低,SiO₂的沉积分布与其相反。上述5 种元素具有很好的相关关系,表明了河口沉积物以陆源沉积为主。河口沉积物主要来源于西拉木伦河上游上侏罗统地层区( Ⅱ区) ,该区贡献率达76. 08%,其次为辽河下游第四系沉积物区( Ⅳ 区) ,贡献率达17. 10%。     

牛庄洼陷古近纪浊流沉积中Paleodictyon遗迹化石的发现

在牛庄洼陷沙河街组四段上亚段的陆相浊流沉积中发现了Paleodictyon遗迹化石,其形态特征几乎和深海分子相媲美,并且在该遗迹化石的宿主岩性中,还发现了可以指示海侵发生的甲藻甾烷分子化石,说明研究区在古近纪曾发生过海侵或与海相关,这不仅为争论了20多年的“渤海湾盆地古近纪是否发生过海侵”问题的解决找到了突破口,同时对油气勘探方向也具有指导意义。