铝硅酸盐矿物成岩演化对形成过渡带气的影响

生油成气的过程不只是简单的有机物之间的转化，而是无机和有机两个系统综合运动的产物，它们之间相互联系相互制约。成岩作用伊始，两系统独立演化，均受成岩环境的制约。一旦环境适合于有机物裂化分解，两系统就共同发挥作用，通过质子的转移而相互作用。由于生物热催化过渡带气埋藏浅、热演化程度不高等特点，铝硅酸盐矿物成岩作用主要表现为:砂质岩以机械压实作用、胶结作用、溶解作用、矿化交代、自生矿物充填作用为主，泥质岩最显著的变化就是矿物的成岩演化，即蒙脱石→伊／蒙混层→伊利石，及蒙脱石→绿／蒙→绿泥石的成岩演化，其实质是有机与无机相互作用，即赋存在粘土中有机质的有机酸使砂质岩发生溶解，和碎屑岩溶解孔隙水中的Ａｌ３＋替代蒙脱石晶层间的Ｓｉ４＋，形成质子酸，对有机质形成过渡带气起着催化作用。     

粘土矿物保存海洋沉积有机质研究进展及其碳循环意义

海洋沉积物吸附有机质的量和有机质循环周期与粘土矿物类型和吸附方式密切相关,并在全球碳循环中扮演着不同的角色。粘土吸附有机质有物理吸附和化学吸附之分,前者主要存在于粘土的微孔隙中,参与年、十年或百年尺度的循环;后者主要存在于粘土矿物层间和外表面,稳定性较好,有机质易于保存,可参与百万年或更长时间的循环,这种不同时间尺度内的碳循环,将会改写海洋沉积物有机碳“源”、“汇”的关系。不同类型粘土矿物的性质存在差异,决定了吸附有机质量的多寡,蒙脱石的吸附量远大于伊利石的吸附量,这可能是造成全球不同海域中有机碳“源”、“汇”变化的原因。海洋沉积物处于水圈、生物圈和岩石圈的交汇地带,有机碳的差异和变化,都会对全球碳循环及气候变化产生重要的影响。     

粘土矿物对有机质生烃的催化作用

烃源岩的有机质主要以有机粘土复合体的形式存在。有机质生烃是一种有机粘土化学反应。反应过程中,有机质与粘土之间存在质子和电子迁移,粘土通过对水分子的吸附和离解为有机质加氢裂解提供H+,而有机质生成的有机酸激活了粘土的催化活性,也为蒙皂石伊利石化反应创造了条件。烃源岩不同粘土矿物的选择性催化特征是影响油气组成的最重要因素。粘土的催化活性大小和发育时间是决定烃源岩生烃潜力大小的因素。由于烃源岩在蒙皂石伊利石化阶段具有最大的催化活性,而且与有机质生烃反应同步,因此富含伊$蒙混合层的烃源岩是世界含油气盆地的最有利烃源岩。不同地质时期的烃类地质储量与烃源岩膨胀性粘土的丰度有密切关系。     

烃源岩中可溶有机质与粘土矿物结合关系——以东营凹陷沙四段低熟烃源岩为例

采用超临界抽提(SFE)新技术和氯仿抽提(CE)以及粘土分离等手段对东营凹陷沙四段低熟油烃源岩进行不同处理,得到3种粘土样品:(1)含有机质的粘土原样;(2)氯仿抽提去有机质的样品;(3)不同实验条件下超临界抽提后的样品。然后,分别对这3种粘土样品进行X射线衍射分析(XRD)和傅利叶转换红外光谱分析(FT-IR).研究发现烃源岩中可溶有机质除了吸附于矿物表面外,还吸附于粘土矿物尤其是蒙皂石层的层间,后者主要为碳数相对较低的饱和烃类。这一发现对认识沉积岩中可溶有机质对粘土矿物结构和特性的影响有着重要意义,对烃源岩评价和探讨泥质烃源岩烃类的初次运移提供了新思路。     

烃源岩中可溶有机质与粘土矿物结合关系——以东营凹陷沙四段低熟烃源岩为例

 采用超临界抽提(SFE)新技术和氯仿抽提(CE)以及粘土分离等手段对东营凹陷沙四段低熟油烃源岩进行不同处理,得到3种粘土样品:(1)含有机质的粘土原样;(2)氯仿抽提去有机质的样品;(3)不同实验条件下超临界抽提后的样品。然后,分别对这3种粘土样品进行X射线衍射分析(XRD)和傅利叶转换红外光谱分析(FT-IR).研究发现烃源岩中可溶有机质除了吸附于矿物表面外,还吸附于粘土矿物尤其是蒙皂石层的层间,后者主要为碳数相对较低的饱和烃类。这一发现对认识沉积岩中可溶有机质对粘土矿物结构和特性的影响有着重要意义,对烃源岩评价和探讨泥质烃源岩烃类的初次运移提供了新思路。     

贵州绿豆岩中粘土矿物特征及其成因探讨

本文应用Ｘ射线衍射、红外光谱、差热分析，电子显微镜、化学分析、沉积相分析等方法，详细研究了贵州早、中三叠世间绿豆岩及其粘土矿物组成，确定了贵州绿豆岩中主要粘土矿物为伊利石、蒙脱石、高岭和伊利石／蒙脱石混层矿物。由于各地沉积环境和成岩条件的差异，分别形成伊利石粘土岩、蒙脱石粘土岩和高岭石粘土岩。探讨了绿豆及其粘土矿物的形成机理，为绿豆岩的开发利用提供了系统的新资料。     

吐哈盆地粘土矿物特征及其与铀成矿关系

吐哈盆地是我国主要砂岩铀矿区之一,对盆地内粘土矿物特征进行的X射线衍射能谱仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)分析证实:区内粘土矿物中蒙皂石基本为二八面体的蒙脱石,蒙脱石呈丝状、片状,分布于颗粒表面,在扫描电镜下,蒙脱石的集合体常呈花朵状、蜂巢状等形态,或充填于颗粒之间,高岭石集合体形态多样,主要有蠕虫状和风琴状集合体.伊利石集合体在电镜下常呈不规则片状,常平行于颗粒表面呈鳞片状排列或贴附于颗粒表面.从粘土矿物吸附铀的能力来看,氧化带岩石要远大于过渡带矿石.粘土矿物的吸附作用在过渡带铀的沉淀过程中并不起明显作用.     

层柱粘土材料制备与应用研究

简述了层柱粘土矿物材料研究与应用的现状和进展。利用粘土矿物蒙脱石作母体，通过大体积的铝、锆、硅等交联剂插层可制成层柱多孔材料，在酸催化、氧化还原催化中均有十分广阔的应用前景。研究表明，改进制备工艺后可提高层柱蒙脱石的热稳定性、比表面积和催化活性；通过酸或表面活性剂等预处理，再进行粘土的支撑，可以调节和控制层柱粘土的结构与性能；采用有机改性和模板导向等技术，可获得孔径介于大微孔和中孔之间的新型层柱粘土矿物材料，并应用于大分子催化反应与吸附，为粘土矿物材料合成和应用开辟了新方向。     

页岩气储层粘土矿物孔隙特征及其甲烷吸附作用

粘土矿物是页岩的主要组成矿物,与页岩气的赋存和富集密切相关。粘土矿物因其特殊的晶体结构,在晶层之间、矿物内部以及矿物颗粒之间形成了不同类型的孔隙,这些孔隙的大小、形貌和比表面积决定着粘土矿物的甲烷吸附能力。为此,本文综述了粘土矿物的孔隙结构以及孔隙中的水和有机质对甲烷吸附性的影响,指出不同类型的粘土矿物孔隙发育与形貌特征存在差异,蒙脱石中多发育圆形、狭缝状的微孔且总比表面积最大,导致蒙脱石在所有粘土矿物中的甲烷吸附量最大;伊利石与高岭石中多发育中孔与大孔,吸附甲烷的能力低于蒙脱石。粘土矿物孔隙中的水与有机质显著影响到甲烷的吸附能力,水分子会占据孔隙表面,降低了甲烷的吸附能力,但可溶有机质对粘土矿物甲烷吸附能力的具体影响目前尚不明了。同时,根据页岩气勘探需求指出了本方向某些有待深入探讨的问题。     

粘土矿物对胡敏酸的吸附行为研究

以蒙脱石和高岭土为吸附剂,分别与胡敏酸反应,研究胡敏酸在蒙脱石和高岭石上的吸附行为,并运用红外光谱、热重和Zeta电位等分析方法,表征分析了吸附前后的粘土矿物.实验结果表明,吸附过程受胡敏酸的初始浓度和pH值等因素影响;胡敏酸对粘土矿物的吸附等温线符合Freundlich等温方程;表征分析表明两种粘土矿物与胡敏酸复合体的红外光谱出现了C-H振动吸收峰;粘土矿物与胡敏酸结合后Zeta电位下降.实验的结果将有助于进一步探明环境中粘土矿物对胡敏酸的吸附机理.     

松辽盆地徐家围子地区深层异常压力分布及其成因

松辽盆地徐有围子地区深层蕴藏着丰富的天然气资源。天然气的生成、运移和聚集与流体压力之间存在着密切关系。异常高压是由烃的生成、差异压实以及粘土矿物的转化等因素共同作用而导致。异常低压则主要归因于地层接线员升剥蚀和流体的运移。     

鄂尔多斯盆地北部砂岩铀矿床粘土矿物与氧化带成因关系研究

对鄂尔多斯盆地北部铀成矿带产铀层位中侏罗统直罗组砂岩进行系统采样和分析,以探讨砂岩中粘土矿物特征与氧化带成因之间的关系。采用X?射线粉晶衍射、电子探针分析等现代分析手段,测定粘土矿物相对含量、微观形貌特征。结果表明:研究区古层间氧化的演变序列为砂体原始灰色→古氧化作用(红色或黄色)→碳酸盐化(残留了部分红色)→后期还原作用(绿色),对应的岩石蚀变期次为早期氧化酸性蚀变→氧化期后弱碱性蚀变→晚期还原弱碱性蚀变;早期氧化砂岩在还原性气体作用下,Fe³⁺还原转化为Fe²⁺,高岭石在有Fe2+存在的条件下会向绿泥石转化,这一反应在碎屑颗粒表面,形成许多极细小的针叶状绿泥石,从而使古层间氧化亚带呈现特征的绿色。     

泥炭的热模拟研究──过渡带气形成机理探讨

本文对现代泥炭进行了低温长时间模拟实验研究,并探讨了过渡带气的形成机理。甘南泥炭气、液态烃产率高。液态烃由热解油和残余气仿沥青“Ａ”两部分组成,热解油中以Ｃ_５─Ｃ_１４较轻馏分为主,残余氯仿沥青“Ａ”则以非烃、沥青质为主。随热演化程度增高,烃类增加,非烃和沥青质急剧减少。模拟气体组成以非烃气体（ＣＯ_２等）为主,随温度升高,气态烃产率升高,烃类气体中以甲烷为主。２００℃～４００℃温度下产生的甲烷碳同位素δ１３Ｃ为－５３.８２～－３３.６６‰。研究表明低热演化阶段伴随腐殖物质的降解和干酪根的分子重排作用能产生甲烷同位素较轻的生物－热催化过渡带气。     

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.      

鄂尔多斯盆地东缘临兴地区海陆过渡相页岩气地质特征及成藏潜力

海陆过渡相页岩气是我国页岩气增储上产的重要接替领域,基于鄂尔多斯盆地东缘临兴地区海陆过渡相页岩实验和研究资料,选取山西组、太原组和本溪组页岩层系为研究对象,从沉积环境、页岩展布、有机地球化学特征、矿物学特征、物性特征和含气性特征等方面,系统总结解剖研究区海陆过渡相页岩气地质特征,分析其富集成藏潜力。结果表明:鄂尔多斯盆地在晚石炭世–早二叠世受区域内部构造活动影响,水体环境变化频繁,形成多期次的滨浅海–三角洲前缘–滨浅湖组合的沉积旋回,沉积多套海陆过渡相富有机质页岩;临兴地区位于鄂尔多斯盆地东部晋西挠折带的中北地区,区内沉积环境稳定,海陆过渡相富有机质页岩广泛分布;岩性主要为灰白色–浅灰色细粒砂岩和暗色泥页岩互层发育,垂向上页岩累计厚度大,为60~180 m;页岩有机质类型为Ⅱ₂–Ⅲ型干酪根,总有机质碳含量较高,平均TOC质量分数为3.07%,处于成熟生气阶段;页岩矿物成分以石英和黏土类矿物为主,长石和碳酸盐岩类矿物含量较少;宏观上主要孔隙类型为无机孔隙和有机质孔隙,裂缝不发育,微观上孔隙受黏土矿物控制,孔隙形态多为开放狭缝状的微孔和介孔。研究区海陆过渡相页岩具有低孔低渗的物性特征,但平均含气量为1.15 m3/t,具有较好的含气特征,确定研究区内山西组北部、太原组东北部、本溪组东部和北部为页岩气潜力区。研究认识为该区后期页岩气勘探开发提供理论据。      

热液条件下CO2和H2反应产烃研究进展

热液条件下CO2和H2形成烷烃的反应,提供了自然条件下CO2转化为有机质的一条非生物途径。研究这一过程,对于油气费托非生物成因研究和海底热液生命起源的讨论具有重要意义。已有研究表明,热力学有利的温度、压强条件和合适的催化剂,是热液条件下CO2和H2发生反应形成烷烃的必需条件。在热力学有利的条件下,铬铁矿能够催化反应形成CH4、C2H6和C3H8,但还不清楚是否存在能够促使反应产生C4H10等长链烷烃的天然矿物催化剂。含一种或多种过渡金属元素的磁铁矿,可能是值得考察的对象。另外,研究热液条件下CO2和H2反应形成烷烃的过程和机理,建立反应所形成烷烃的C、H同位素综合判识指标,是今后值得探索的研究课题。     

Origin and Distribution of Groundwater Chemical Fields of the Oilfield in the Songliao Basin, NE China

There are many factors affecting the chemical characteristics of groundwater in the forming process of groundwater chemical fields, such as freshening due to meteoric water leaching downwards, freshening due to mudstone compaction and water release, concentration due to infiltration and freshening due to dehydration of clay minerals. As a result, the groundwater chemical fields are characterized by lengthwise stages and planar selectivity. The former arouses vertical chemical zonality of groundwater. Five units could be identified downwards in the Songliao basin： （1） freshening zone due to downward-leaching meteoric water, （2） concentration zone due to evaporation near the ground surface, （3） freshening zone due to mudstone compaction and water release, and concentration zone due to compaction and infiltration, （4） freshening zone due to dehydration of clay minerals, and （5） filtration-concentration zone; whereas the latter determines the planar division of groundwater chemical fields： （1） the freshening area due to meteoric water, asymmetrically on the margin of the basin, （2） the freshening area due to mudstone compaction and water release in the central part of the basin, （3） the leaky area, which is a transitional zone, and （4） leakage-evaporation area, which is a concentration zone. In the direction of centrifugal flows caused by mudstone compaction in the depression area, the mineralization degree, concentrations of Na^＋ and Cl^-, and salinity coefficient （SC） increase, while concentrations of （CO3^2- ＋HCO3^-） and SO4^2-, metamorphism coefficient （MC） and desulfuration coefficient （DSC） decrease. However, all these parameters increase in the direction of gravity-induced centripetal flows.     

渝东南地区黑色页岩中粘土矿物特征兼论其对储层物性的影响——以彭水县鹿角剖面为例

为探索渝东南地区下志留统龙马溪组黑色页岩中粘土矿物特征及其与储层物性的关系,在综合前人对含油气盆地粘土矿物分析的基础上,以重庆市彭水县鹿角剖面为例,深入分析了鹿角剖面黑色页岩粘土矿物组合与分布特征、粘土矿物的形成机理及其控制因素以及粘土矿物对孔隙度和渗透率的影响。结果表明,一方面根据古盐度的计算,龙马溪组上部古水介质含盐度较低,下部较高,具有上淡下咸的特点;另一方面该套黑色页岩属于晚成岩阶段B期。储层中粘土矿物的类型、数量及其分布特征等对储层孔渗条件具有一定的控制作用。伊利石(含伊/蒙有序混层矿物)含量与孔隙度有弱正相关关系,与渗透率呈负相关关系,原因可能是成岩伊利石不断生长,一方面由于其体积减小使得显微孔隙体积有所增加,但另一方面,由于自生伊利石晶体细小,使得页岩粒间孔隙遭到不同程度的破坏,致使平均孔隙半径变小,渗透率变差。绿泥石含量与孔隙度呈现微弱的正相关关系,而与渗透率呈现较好的正相关关系。这是由于成岩绿泥石主要来源于长石溶解或蚀变形成的高岭石的转化,因此,绿泥石与孔隙度和渗透率的关系可能反映其与页岩中长石矿物的含量有关。     

Diagenesis of organic matter and fine clay minerals: a comparative study

A geochemical study has been made of fine clay minerals and organic matter in subsurface shale samples from the Canadian Northwest Territories. The mixed layer clays comprise smectite-vermiculite-illite but are transformed during thermal diagenesis to a pseudo-quaternary system (smectitevermiculite-illite-chlorite) by incorporation of amorphous inorganic material. The first clay dehydration occurs prior to hydrocarbon generation and is accompanied by adsorption of K⁺ and substitution of Al³⁺ for Si⁴⁺ in the clay lattice. Vermiculite is an intermediary in the transformation of smectite to illite and in the presence of Ca²⁺ ions delays the second dehydration step to the zone where cracking of liquid hydrocarbons to gas occurs.Hydrocarbon generation commences at a vitrinite reflectance level of ? 0.5% R₀ maximum in both amorphous and woody-herbaceous organic matter but does not reach a significant level in the latter case until reflectance levels of 0.7% R₀ maximum. The pristane to phytane ratio and proportion of n-alkanes and acyclic isoprenoids increase during hydrocarbon generation from woody-herbaceous organic matter. Anomalous hydrocarbon yields from certain samples are attributed to high concentrations of plant resins. Destructions of liquid hydrocarbons by cracking commences at a reflectance level of 1.0% R₀ maximum and is essentially complete by a reflectance level of 1.4% R₀ maximum. The proportion of n-alkanes in the saturates decreases during cracking of the liquid hydrocarbons.