化学刺激法提高花岗岩类岩石裂隙渗透性的实验研究

增强型地热系统(EGS)用于通过人工形成地热储层的方法从深部低渗透性岩体中开采地热能;国际上常采用水力压裂辅以化学刺激的方法改造EGS 储层以提高其渗透率。本文以采自青海共和盆地的花岗闪长岩样品为对象,选用3种不同化学刺激剂(氢氧化钠、盐酸和土酸),在3组不同注入流速条件下开展了系统化学刺激实验。结果表明:注入盐酸和土酸后样品渗透率均有提高,且采用土酸时渗透率提高幅度明显大于盐酸;但注入氢氧化钠后,样品渗透率反而降低。在3类化学刺激剂中,土酸对长石类矿物的溶蚀能力最强,而氢氧化钠溶液对石英的溶蚀能力最强,但氢氧化钠溶液在溶解岩石样品裂隙表面矿物后极易形成非定形态二氧化硅或非定形态铝硅酸盐蚀变矿物并阻塞裂隙,反而对化学刺激效果造成负面影响。总体来看,土酸是青海共和盆地干热岩体的最佳化学刺激剂。在中等注入速度(3 mL·min^-1)条件下,土酸对岩石样品的溶蚀程度就可达到最高;在此基础上进一步降低流速,则可能使溶解组分更易从液相中沉淀而充填于样品裂隙,导致样品渗透率有所下降。     

安徽铜陵胡村矽卡岩型铜矿水-岩反应动力学实验研究

以铜陵胡村矽卡岩型铜矿为研究对象,选择与成矿关系密切的花岗闪长岩,在22 MPa恒压、不间断流动条件下,与纯水在叠层反应器中进行水-岩反应动力学实验研究。结果表明,水-岩反应速率与流体流速成反相关,与流体在体系内的停顿时间成正相关。铜陵地区Cu,Mo等金属矿化普遍分布于岩体附近可能与此有关。成矿流体中的Cu可能主要是在超临界态流体中迁移,在低于临界态条件下从流体中析出;而在体系温度较低时,主要成矿元素Cu难以从岩石中溶出。在相同温度条件下,Cu,Zn等成矿元素的溶解速率存在较大的差异,可能是导致这些成矿元素在空间上出现分带的原因之一。     

高温高压下水岩界面反应与金的迁移富集

高温高压下水岩界面反应与金的迁移富集王玉荣阚小凤王志强（中国科学院广州地球化学研究所，广州５１０６４０）关键词水岩界面反应自发电池实验地球化学本实验以哈达门沟［１］及东坪金矿［２］为地质背景，研究钾长石岩中金矿化富集的物理化学条件。该区金矿既与早期变...     

成矿过程水岩反应研究态势

水岩反应是矿床学的重要研究内容,亦是地球科学领域的前沿问题。复杂性理论、渗流力学等的引入和测试技术的提高,促使水岩反应研究向系统化和定量化的方向发展,并取得了诸多相关进展。通过水岩反应中元素迁移过程和机制的探索,可以进行流体示踪及推测相关水岩反应过程;定量计算、物理实验和数值模拟是水岩反应研究的主要手段;对复杂的水岩反应体系,应综合运用各种方法,以更加真实地重塑水岩反应的过程。     

针铁矿与盐酸反应的化学动力学研究

本文研究了针铁矿αFeOOH与盐酸反应的化学动力学特性,测定了它们的反应级数、速率常数、实验活化能和指(数)前因子。     

高温高压下超临界二氧化碳作用对花岗岩力学性质影响的试验研究

为了研究二氧化碳基增强型地热系统核心及邻近区域中超临界二氧化碳(ScCO₂)作用对岩石力学性能的影响,设计了纯ScCO₂与干燥花岗岩作用,ScCO₂、水蒸气与干燥花岗岩作用,ScCO₂与在水中浸泡了24 h后的花岗岩作用3种试验条件,每种试验条件下均开展了210、240、270℃温度下的试验。对ScCO₂作用后的岩样以及一个未经处理的对比样先后开展纵波波速测试以及单轴压缩试验,获得了岩石的纵波波速、单轴抗压强度以及弹性模量。纵波波速试验结果表明,在上述3种试验条件下,花岗岩样的波速会都会发生一定程度的降低。单轴压缩试验结果表明,ScCO₂作用后的岩石单轴抗压强度及弹性模量都几乎没有受到影响,但是从破坏模式看,未经处理的岩石以张拉破坏为主,处理后的岩石以剪切破坏为主,并且随着温度的升高剪切破坏越明显。试验结果说明,在不存在水或者仅有微量水存在的情况下,ScCO₂的作用对岩石产生轻微损伤,岩样的刚性减弱、塑性增强,导致其纵波波速有少量的下...     

锂同位素地球化学在地热流体水岩反应中的应用——以川西现代富锂热泉研究为例

高温流体的化学组成及同位素特征是深部环境信息的重要载体。本文基于锂同位素地球化学方法系统分析了川西现代热泉地热流体的水化学特征、水岩反应过程、补给来源、水岩反应温度及循环深度。研究结果显示,茶洛热泉水化学相类型为HCO₃-Na型,与地表水和冷地下水的HCO₃-Ca型存在明显区别。利用锂同位素温标估算茶洛热泉的水岩反应体系温度为227.80±19.84℃（2σ,n=8）,热循环深度为7348.08m±684.26m（2σ,n=8）。茶洛热泉水化学成分主要受水岩反应控制,处于非平衡向局部平衡过度。高K、Li、F、Cl等与花岗岩岩体有关的特征元素表明水岩反应中以与花岗岩岩体反应为主导,估算其贡献率约为75.34%。矿物饱和指数的计算,显示了热泉水中的白云石、萤石、霞石、方解石处于过饱和状态;钾盐以及大多数样品的石膏、硬石膏处于不饱和状态;石盐则趋近于平衡状态。锂元素浓度及锂同位素分析结果表明,热泉中的锂元素浓度远高于地表水和冷地下水,且富集较轻的锂元素。锂同位素质量平衡拟合估算与茶洛热泉水进行水岩反应的岩体的锂元素浓度为13.43±7.04×10^-6（2σ,n=13）,δ⁷Li_rock值为1.14±2.06‰（2σ,n=13）。岩体深度约6958~7450m。研究成果对于认识地热流体的富锂机理,拓展地热型锂资源的找矿思路均具有理论意义与实际应用价值。

     

地质流体 岩石反应的地球化学动力学方法

摘 要　 提出了一个以矿物生成和溶解的速率确定体系矿物沉淀的量来模拟水 岩反应的新方 法。新固相在体系中沉淀的量只依赖于沉淀速率‚而不是依赖于水 岩之间的平衡。考察了一 个矿物溶解生成次生矿物最终趋于平衡的溶解沉淀反应演化‚结果表明在水 岩体系中对于次 生矿物的部分平衡假定在许多情况下都不能成立。在这样的反应演化过程中亚稳矿物与溶液 之间总保持过饱和态‚矿物的沉淀速率随反应的进展而变化。同时‚当主要溶解矿物达到平 衡而溶解作用停止时‚次生矿物沉淀尚未停止‚直到体系饱和指数全部趋于0时‚才达到总 体平衡。用动力学方法处理地球化学过程中的水 岩反应比准稳平衡的简单假设更合理‚因为 动力学方法更符合自然情况‚同时产生了关于时间过程的时间尺度信息。     

水－岩反应实验研究现状与进展

水－岩反应实验研究是地学界瞩目的前缘课题之一。开放的流动体系水－岩（矿物）反应动力学实验和水－岩（矿物）界面地球化学及表面特性的研究，是该领域取得的最重要的进展。     

水－岩反应实验研究现状与进展

摘要：水－岩反应实验研究是地学界瞩目的前缘课题之一。开放的流动体系水－岩（矿物）反应动力学实验和水－岩（矿物）界面地球化学及表面特性的研究,是该领域取得的最重要的进展。     

FixAl及同位素方法在EGS返排液研究中的应用

增强地热系统(EGS)是开采低渗透率热岩体中热能的技术,属于广义的地热储工程。其中,作为换热介质被注入岩体并在换热后返回地表的返排液,不仅是岩体地球化学特征的信息载体,而且其物理化学行为直接影响着EGS系统的运行效果。FixAl化学热力学模拟和水同位素十三线图解在天然水热系统评价中得到了广泛应用,对返排液研究的实用性则是文章的核心问题。文中收集了全球主要EGS项目的返排液资料,基于FixAl方法分析矿物与返排液的化学平衡状态,并计算了流体在深部的热交换温度,用同位素模型验证了EGS系统中原生卤水的驱替过程。研究结果表明,上述方法在EGS返排液研究中是适用的。此外,返排液的化学特征对EGS的指示意义还包括厘定原生卤水在返排液中所占比例,识别岩浆挥发分溶解及储层改造时的添加剂残留,预测结垢趋势和流体腐蚀性等。未来需要通过更多的实验和模拟方法深入研究返排液的化学特征,建立EGS的热-水-力-化学(THMC)耦合模型,为科学开发深层地热能提供依据。     

胶东典型花岗岩热储地下热水水化学特征及热储研究

招远地热田位于胶东隆起区,元古代蚀变花岗岩分布广泛,地下热水微量元素丰富。为查明地下热水微量组分的赋存条件、花岗岩热储环境与地热资源量,利用地下热水水化学分析、热储分析及有效能源换算法,建立Gibbs模型,进行PHREEQC模拟并开展热储估算。研究结果显示：（1）地下热水水化学类型为Cl—Na型,与海水水化学类型一致,地下热水溶解性固体总量（TDS）介于1359.7~5302.0 mg/L,锶、溴、偏硅酸等微量组分的质量浓度分别达26.20,7.50,88.00 mg/L,均超过国家医疗热矿水水质标准;（2）地热田东北方向的玲珑花岗岩中锶的质量分数较高,介于334~1 805 mg/kg,是地下热水中锶的一个重要来源;（3）热储温度在107~215 °C之间,硅-焓图解法分析冷水混入比例为33.6%~58.9%。结果显示：40~60 °C的总可用能源19.73 TJ/a,总热能达5479.57 MW·h,吨油当量471.16 toe;>60 °C的总可用能源301.57 TJ/a,总热能达83771.53 MW·h,吨油当量为7203.06 toe。综合分析认为研究区地热资源丰富,地下热水微量组分来源于花岗岩热储层的溶滤作用,富集过程受热储环境的影响,研究结果有助于完善地下热水水-岩相互作用理论。     

大庆油田三元复合驱液与储层矿物反应性研究

三元复合驱技术能够显著提高石油的采收率,但在生产过程中三元复合注入液易与储层矿物反应,破坏储层并结垢,造成井下堵塞、采收率降低等问题,因此研究三元复合驱液在储层中的溶、运、堵过程及反应机理成为当务之急。本文利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、场发射环境扫描电镜(ESEM)及X射线能谱仪(EDS)测试手段精细表征了大庆油田储层矿物钾长石、石英、高岭石与强碱三元复合驱液作用的反应过程及变化特征,并通过反应动力学计算得到了相应的Si、Al溶出动力学方程及矿物溶蚀再沉积规律,深入探讨了反应机理。结果显示,钾长石与强碱复合驱液作用60 d后Si溶出量约为Al的3倍,生成三水铝石和硅酸盐沉淀物;石英的Si溶出量呈线性增加,60 d后超过300×10-6,表面生成碳酸盐颗粒;高岭石60 d后Al溶出量约为Si的3倍,结晶度下降25.26%,生成水钙沸石;强碱对矿物的溶蚀破坏程度与其浓度呈正相关。     

华北地区碳酸盐岩热储层酸化压裂模拟方法与应用

碳酸盐岩地层是我国华北地区最重要的热储岩层之一,不同次级构造单元的碳酸盐岩地热井产量和回灌量存在较大差异,严重制约了碳酸盐岩热储的规模化开发。酸化压裂是碳酸盐岩热储增产稳产的有效手段,其涉及溶质运移、酸岩反应、渗流传热、反应放热等一系列复杂过程。本文提出了一种模拟工程尺度碳酸盐岩热储酸化压裂过程的数值方法,可考虑碳酸盐岩热储酸化压裂过程中热、水、力、化四场之间的耦合作用。通过与前人试验和模拟结果的对比,验证了该方法的正确性,并建立了碳酸盐岩热储非均质裂隙模型,对其酸化压裂效果进行了模拟。     

生烃动力学、同位素动力学方法在烃源岩研究中的应用

生烃动力学、同位素动力学常用于烃源岩评价、油气源对比研究中。生烃动力学参数结合盆地热史,可恢复烃源岩在任一时代的生烃史,对构造复杂盆地的二次生烃研究具有独特的优势。利用生烃动力学方法可以实现有机质总量的恢复,在此基础上对高-过成熟样品原始有机质丰度是否有必要恢复进行了讨论;而基于生烃动力学的油气源对比综合考虑热史、成藏期次、成藏过程等各种地质参数对烃源岩生烃的影响,是一种动态的研究方法。     

生烃动力学、同位素动力学方法在烃源岩研究中的应用

生烃动力学、同位素动力学常用于烃源岩评价、油气源对比研究中。生烃动力学参数结合盆地热史,可恢复烃源岩在任一时代的生烃史,对构造复杂盆地的二次生烃研究具有独特的优势。利用生烃动力学方法可以实现有机质总量的恢复,在此基础上对高—过成熟样品原始有机质丰度是否有必要恢复进行了讨论;而基于生烃动力学的油气源对比综合考虑热史、成藏期次、成藏过程等各种地质参数对烃源岩生烃的影响,是一种动态的研究方法。     

Solute and gas geothermometry of geothermal wells: a geochemometrics study for evaluating the effectiveness of geothermometers to predict deep reservoir temperatures

Deep reservoir temperatures of 10 important geothermal systems of the world were estimated by applying 13 solute (Na/K) and 21 gas geothermometers. The predicted temperatures were comprehensively evaluated and compared with measured bottom-hole temperatures using geochemometric techniques. The present study reveals (1) high prediction performances in most of the Na/K geothermometers for the majority of the geothermal fields with liquid-dominated reservoirs, whereas low prediction performances were indicated for the geothermal fields with vapour-dominated and high-temperature reservoirs; (2) the gas geothermometers, in comparison to Na/K, are more successful in predicting the subsurface temperatures in high-temperature geothermal systems; (3) the geothermal systems for which Na/K geothermometers have indicated a high prediction performance, the gas geothermometers have specified a low prediction performances, and vice versa; (4) both Na/K and gas geothermometers, generally, overestimated the reservoir temperatures for the majority of the low-enthalpy geothermal fields and underestimated for the majority of the high-enthalpy geothermal fields; (5) the reservoir temperature predictions of gas geothermometers have more scatter than those temperatures inferred from Na/K geothermometers; and (6) in general, Na/K geothermometers seem to be a more successful geochemical tool in predicting reliable reservoir temperatures than gas geothermometers.     

靖宇县玄武岩区矿泉水特征组分H2SiO3成因实验——以王大山泉为例

以靖宇县典型泉岩样为实验材料,结合野外实际情况,考虑pH值和CO₂影响因素设计了矿泉水中H₂SiO₃实验,对实验结果进行了化学动力学分析,并利用matlab建立数学模型分析了矿物反应的机理。结果表明:1)仅考虑pH值的情况下:初始pH值近中性(pH=7.25)时,实验溶液中H₂SiO₃释放量较小,反应难以发生;初始pH值为碱性(pH=8.10)时,实验溶液中H₂SiO₃缓慢增加,平均释放速率为3.08 mg/(kg·d)。2)在考虑pH值和CO₂情况下:初始pH值为碱性条件时,通入CO₂能够较快促进H₂SiO₃产生,平均释放速率可由4.29 mg/(kg·d)升高为12.00 mg/(kg·d);初始pH值为弱酸性(pH=6.64)时,实验溶液中H₂SiO₃增加较快,通入CO₂,溶液中H₂SiO₃释放速率稍微增加。3)实验溶液中H₂SiO₃释放规律符合Stanford一阶反应动力学模型。靖宇县矿泉水中H₂SiO₃主要来自偏硅酸矿物(斜长石、镁橄榄石、辉石)的反应。在中性条件下,玄武岩矿物很难反应;在碱性条件时,主要是玄武岩矿物的水解,反应缓慢;在弱酸性条件下,主要是玄武岩矿物与H⁺和CO₂的反应,反应强度较大。     

应用生烃动力学方法研究库车坳陷烃源岩生烃史

根据烃源岩生烃动力学参数,结合沉积埋藏史和古热史资料,本文应用生烃动力学方法研究了塔里木盆地库车坳陷三叠-侏罗纪烃源岩生烃史。研究表明,无论是煤,还是泥岩,库车坳陷三叠-侏罗纪烃源岩生气时间发生得晚,主生气期出现在10 Ma以来的喜山期晚期,生气高峰期出现在5 Ma之后。中上三叠世烃源岩生气时间和主生气期均早于中下侏罗世烃源岩。烃源岩这种晚期生气特征,为库车坳陷天然气的晚期聚集成藏提供了非常有利的烃源条件。