断裂剪切带中的纳米结构与成矿作用

纳米科学已涉及从信息学到地学的各个领域,成为这个时代一个标志性的关键词。近十多年来,国内外的纳米地学 研究,在实践、理论和实验等诸方面都取得了迅速的进展。该文运用4F (Fact, Formation, Function and Formulation,即事实观 察、形成机理、功效作用和计算模拟)研究方法,利用扫描电子显微镜（SEM） 和透射电子显微镜（TEM） 对断裂剪切带中 的纳米结构与成矿作用进行了样品观察和综合分析。首先,作者表述了岩石剪切面上广泛分布的剪切薄壳（膜） 的形成、 发育和组成,一般脆性剪切的薄壳厚度（h,毫米-厘米级） 要比韧性的剪切薄膜（忽米-毫米级） 厚,前者是由动态摩擦 粘滑滑移引起的,而后者则是由静态蠕滑滑移造成的,且两者均是由纳米矿物和纳米结构组成的。随之,作者集中探讨了 作为研究主体的剪切薄壳（膜） 中纳米结构的应变变形和生成演化,它们既具有弹性又有粘性的变形特征而不是单一的力 学属性。纳米结构的生成-发育-演化,可依剪切变形过程划分为强化(硬化)-弱化（软化） -脆化(退化)三个变形应变阶 段,和相应的纳米涂层-纳米弱化-纳米层裂三种类型纳米作用：（1） 纳米涂层是一种最基本的纳米作用,在成熟的断裂 剪切(带)中,只要有滑移摩擦存在,就会有纳米结构。这种作用能引起有序的纳米结构和定向结构,包括单体纳米颗粒 （通常直径d= 40~80 nm） -复体纳米颗粒-多重复体纳米颗粒;纳米粒-纳米线-纳米层;纳米颗粒粒化-异化-再生 等。（2） 纳米弱化作用是由颗粒粒度减小,瞬时温热,叶理发育和弱势矿物等所致,并可细分为滑动纳米弱化、流变纳米 弱化和动力纳米弱化三种类别。（3） 纳米层裂作用是一种由动力热作用到静力冷作用诱发的剥离作用,通常沿着纳米结构 的劈理面、解理和滑移面开裂。进而,以江西省的金山金矿和广丰滑石矿为例讨论了纳米结构与成矿关系：（1） 含金糜棱 岩发育过程中的纳米涂层作用成岩,纳米弱化作用成矿和纳米层裂作用形成面理的三个阶段。其重要的是纳米弱化作用期 间超糜棱岩的温度能够达到纳米金物质的熔点327 ℃,并在流变滑移过程中产生集中颗粒型（d=15~35 nm） 和分散颗粒型 （d=4~8 nm） 的金颗粒;（2） 滑石矿中高应变反映的纳米结构和纳米作用尤为强烈,具有局部熔融流变,纳米弱化作用阶段 的纳米次分层作用非常发育,沿（001） 面滑移的叶理厚度仅10~15 nm,且纳米层裂作用更是造成开放性的剥离、裂理作 用。上述的研讨,揭示了实质上至少一维的“纳米小疙瘩（nano-orange） 在地球物质中无处不在”。这场地学变革-- “纳 米科学与技术是地球科学的下一次革命（Hochell, 2000）”--大幕才刚刚开启,就促使科研工作者对一些地质现象重新认 识,也激发大家去开发“纳米小疙瘩”在地球物质中的“新奇”功效。     

低-中煤级构造煤纳米孔分形模型适用性及分形特征

构造煤纳米孔非均质性研究对于揭示煤层气赋存状态和传输特性具有重要意义.选取低-中煤级典型序列构造煤样品,基于高压压汞和低温液氮相结合的方法计算了构造煤基质压缩系数,并分析了Menger、热力学、Sierpinski和FHH分形模型对构造煤的适用性,进一步揭示了孔隙分形特征,糜棱煤的Menger分形曲线呈现三段式分布,而对于原生煤、碎裂煤、片状煤、鳞片煤和揉皱煤而言,Sierpinski模型、Menger模型、热力学模型以及FHH模型分段点分别为100 nm、72 nm、72 596 nm和8 nm.Menger模型分形维数大于3且拟合偏差较大,不适合表征构造煤的孔隙非均质性.Sierpinski模型适合于描述构造煤的纳米孔分形特征;FHH模型适合于表征原生煤及构造煤8~100 nm的孔隙非均质性.Sierpinski模型微米孔（>100 nm）的分形维数（D_s1）随着构造变形的增强先升高,而后降低,在片状煤中达到最高;Sierpinski模型纳米孔（< 100 nm,D_s2c）和FHH模型 < 8 nm的孔隙的非均质性随构造变形的增强逐渐升高.原生煤和脆性变形煤中,D_s1 > D_s2c,表明为微米孔非均质性强于纳米孔;鳞片煤中,D_s1接近于D_s2c;揉皱煤中,D_s1 < D_s2c,表明纳米孔的非均质性强于微米孔.      

中国油气储层中纳米孔首次发现及其科学价值

油气储层孔隙可分为毫米级孔、微米级孔、纳米级孔3种类型,常规储层孔隙直径一般大于1μm。北美地区页岩气储层纳米级孔径范围为5~160nm,主体为80~100nm。在对中国非常规油气储层研究中,应用场发射扫锚电子显微镜与纳米CT重构技术,首次发现了小于1μm的油气纳米孔。其中,致密砂岩油气储层中纳米级孔隙以颗粒内孔、自生矿物晶间孔及微裂缝为主,喉道呈席状、弯曲片状,孔隙直径范围10~1000nm,主体为300~900nm;页岩气储层纳米级孔隙以有机质内孔、颗粒内孔及自生矿物晶间孔为主,孔隙直径范围5~300nm,主体为80~200nm。纳米级孔是致密储层连通性储集空间的主体。纳米级孔隙系统的发现,改变了微米级孔隙是油气储层唯一微观孔隙的传统认识,为认识常规油气局部富集,非常规油气连续聚集的地质特征、研究连续型油气聚集机理、增加资源潜力具有重要的科学意义。     

大别山超高压变质岩后成合晶矿物中微细流体包裹体的透射电镜研究

流体包裹体的研究对于了解地壳岩石的形成条件、构造演化及其动力学过程具有重要意义。利用透射电镜研究了大别山双河地区超高压硬玉石英岩中退变质矿物或后成合晶冠状体矿物(钠长石、霓辉石、绿闪石和磁铁矿)中的纳米-亚微米级流体包裹体特征及其与构造缺陷之间的关系。观察到该类流体包裹体的粒径(约1 nm～200 nm)要比石英中的流体包裹体(约10 nm～350 nm)小得多,一般呈圆形或负晶形分布、有些呈不规则状或小群体分布,其中大多数含H2O包裹体,有些含CO2流体。流体包裹体常与位错、位错网、晶界或亚边界等交生在一起,这些位错及构造缺陷空间构成了非爆裂流体相渗漏的有利通道。在变形钠长石中发现非均匀分布的纳米级(约1 nm～30 nm)水分子团,这种球形状水分子团包体是导致后成合晶矿物水解弱化和塑性变形的重要因素,该类流体和水分子团的存在,加速了岩石的塑性变形和退变质作用的进程。因此,可以反映大别山地区高压变质后的抬升历史。     

西天山乌拉根大规模铅锌成矿中H_2S成因:菌生结构和硫同位素组成约束

乌拉根铅锌矿是中国西北地区目前探明金属量最大的铅锌矿床,但大规模成矿所需H2S的成因方式尚不清楚。在野外调查和矿相学观察基础上,论文通过场发射扫描电镜(FESEM)、能谱(EDS)和质谱(MS)观测分析表明,矿石中发育闪锌矿纳米莓球、丝/管状结构,它们由他形闪锌矿微晶集合而成,莓球直径30~700nm,丝/管状结构与莓球密切共生;常见与闪锌矿等矿石矿物共生的方解石纳米莓球结构,由他形方解石微晶集合而成,莓球直径20~800nm;也常见与矿石矿物共生的菱铁矿微米莓球、丝/管状结构,它们由他形菱铁矿微晶集合而成,莓球直径1~3μm,表面毛糙,丝/管状结构常出现在莓球周围并连接着莓球。这些纳/微米莓球在矿石中成群落不均匀分布,属细菌微生物成因,丝/管状结构为胞外聚合物的表现。矿石δ34SCDT变化大且显著偏负值(-27.9‰~15.0‰)。乌拉根大规模铅锌硫化物成矿所需H2S可能主要通过细菌硫酸盐还原(BSR)产生,盆地流体中烃类有机质催化下的细菌微生物硫酸盐还原反应是乌拉根铅锌大规模成矿的重要过程。     

北大西洋Logatchev热液区多形貌黄铁矿特征及其意义

北大西洋Logatchev热液区产出的黄铁矿形貌丰富、成分各异,极具特殊性和代表性.运用扫描电镜和电子探针系统观测黄铁矿矿物学特征,发现粒状黄铁矿粒径不一,具高Fe、S,低微量元素的特点;草莓状黄铁矿见有松散莓体、球形-次球形莓体和自形结构莓体,其Cu含量总体较高,不同晶体特征的莓体成分存在差异;胶状黄铁矿见有多层环带,内核到环带由纳微米晶体聚合生成,由内到外成分具有S/Fe比、Zn含量减小,As含量增大的趋势.分析认为早期粒状黄铁矿是在较高温度下的热液体系中直接形成,随热液作用衰减,生成的粒状黄铁矿多呈纳-微米晶产出;草莓状黄铁矿是由松散纳-微米晶逐步聚集形成,受溶液过饱和度影响,莓体粒度和聚集程度存在差异;胶状黄铁矿多晶聚集环带生长方向是由内向外的,聚集程度差异指示沉积环境的反复交替.研究区多形貌黄铁矿具有由分散的微晶→多晶聚合体→自形单晶的完整演化系列特征,对于解读现代海底热液活动的方式和特点,揭示纳米晶体-宏观晶体的演化过程有积极意义.      

H Odé剪切变形理论在纳米尺度的表象

通常认为岩石是被剪破或张裂的,那么,为何我们能寻觅到位于同压力垂直方向的破裂构造呢?H Odé剪切变形理论给出一个精辟的回答:在塑性或粘-弹性变形中,由于介质的分异作用,存在一个从屈服条件中获得的速度不连续性,这样,其介质就能沿着等速的特征面剪切滑移.该理论亦称为塑性剪切作用准则,之前是从宏观-直观力学表象予以验证,如构造挤压带的破裂面、正压力下Griffith裂隙端点裂开和垂直压力下的碎裂流动等.进而,我们对花岗岩标本实施高温/高压实验,并取其位于轴压垂直方向裂隙的薄壳表层做扫描电镜观测.然后把从其表层观察的具有H Odé力学表象的微纳米现象,同一般剪切作用的屈服效应结构,从3个方面相比较鉴别.（1）粘-弹性变形:高温-高压的实验样品更容易产生塑性压缩容积流动,不仅具粘性也具弹性变形,随之,样品可展现纳米涂层作用和纳米分层作用.（2）纳米尺度结构:纳米尺度颗粒能成为单一纳米粒-纳米线-纳米层结构,且复体的纳米粒可细分成粒状的、线状的和片粒状的结构等.（3）有序组构:尽管H Odé破裂的粒化流动和纹理流动的优选方位,同普通剪切作用相比,处于弱势范畴,然而综合分析观之,这两者的屈服特征是完全一致的.反之,我们应用H Odé剪切理论去研究一些非常规的变形现象,必能拓展纳米地质学的研讨范畴和认知能力.      

柴达木盆地南翼山地区微生物碳酸盐岩结构与矿化作用

为明确柴达木盆地西部地区新生界微生物碳酸盐岩微观结构及主要造岩矿物的成因机理,本文利用岩芯观察、薄片分析、扫描电镜及电子探针分析等实验测试方法,对南翼山地区上油砂山组微生物碳酸盐岩微观结构、矿物特征差异性及矿化作用开展研究。分析认为南翼山地区上油砂山组发育厚层泥晶碳酸盐岩,单层厚度3～5 m;局部发育薄层微生物碳酸盐岩,单层厚度以30～50 cm为主,单层最大厚度2 m。微生物碳酸盐岩类型以凝块石为主、局部发育叠层石,二者混合共生,通过扫描电镜在微生物碳酸盐岩中发现了大量钙化的细胞外聚合物(EPS)组构与少量微生物化石,为湖相微生物碳酸盐岩的形成提供了生物学证据。研究结果表明：(1)微生物碳酸盐岩主要矿物类型为方解石,微观组构复杂、类型多样,包括球粒、团粒、菱面体以及片状结构等。球粒粒径分布范围50～80 nm。团粒由若干纳米级球粒聚合黏结形成,粒径为几微米至几十微米。片状方解石往往大小不等、形态各异,粒径通常为1～10μm。(2)发现大量钙化EPS组构及疑似微体化石,包括球状、杆状及丝状体。杆状体微生物化石直径约0.4μm,长0.5～1μm。丝状体微生物化石直径约0.3～0.5μm,...     

花岗岩风化壳中稀土纳米微粒的提取、表征及赋存状态研究

研究风化壳中纳米微粒的稀土元素特征,对于从微观层面揭示我国华南风化壳型稀土矿床成因具有重要意义。以广西平南富稀土花岗岩风化壳剖面(ΣREE_max含量1 201 ×10^-6)为典型案例,采用物理方法(超纯水,MQW)和化学方法(Na₄P₂O₇, TSPP)两种技术手段,提取了花岗岩风化产物中的纳米微粒(1~100 nm)。进而采用中空纤维流场流分离-电感耦合等离子质谱仪联用技术(HF5-ICP-MS),对纳米微粒进行了连续分离和表征,同步获得了不同粒径纳米微粒中REE的含量特征。结果指示,化学提取剂TSPP能有效打破花岗岩风化产物中的大颗粒团聚体,它对纳米微粒的提取效率比物理提取方法高10²~10³倍。在TSPP提取的纳米微粒悬浮液中,REE含量(ΣREE_TSPP含量)最高可占到风化产物全岩REE总量(ΣREE含量)的80.5 %。纳米微粒主要分布于2~5 nm和10~30 nm两个粒径区间,另有少量粒径为30~80 nm的纳米微粒出现。其中,在2~5 nm微粒中,REE峰位与有机质大分子峰位对应,指示二者在离子键合作用下形成了聚合体。而在10~30 nm微粒中,REE峰位与Al元素峰位相对应,指示REE被黏土矿物纳米微粒吸附或离子交换。此外,本研究还发现轻稀土(LREE)与重稀土(HREE)在纳米微粒中的分布并不一致。其中以La、Ce、Pr和Nd为代表的LREE元素集中出现在2~5 nm和10~30 nm的纳米微粒中,而以Tb和Lu为代表的HREE元素除了在上述两个粒径的纳米微粒中有含量显示外,还分布于30~80 nm的纳米微粒中,指示了花岗岩风化产物中可能存在着相对独立的、与有机质和黏土矿物无直接关联的重稀土纳米微粒矿物。上述发现为进一步认识风化壳型稀土矿床中稀土元素的赋存状态和富集分异过程提供了新的启示。     

华北南部构造煤纳米级孔隙结构演化特征及作用机理

构造煤是在构造应力作用下,煤体发生变形或破坏的一类煤,在世界主要产煤国家皆有分布。构造变形不同程度的改变着煤的大分子结构和化学成分,而且也影响到构造煤的纳米级孔隙结构(<10 0 nm ) ,它是煤层气的主要吸附空间。通过构造煤显微组分和镜质组油浸最大反射率的测定,采用液氮吸附法对不同变质变形环境、不同变形系列构造煤的纳米级孔隙分类、孔隙结构特征进行了深入系统的研究,并结合高分辨透射电子显微镜和X射线衍射对大分子结构和孔隙结构的分析,结果表明:不同类型构造煤纳米级孔径结构自然分类,可将孔径结构划分为过渡孔(15～10 0 nm )、微孔(5～15 nm )、亚微孔(2 .5～5 nm )和极微孔(<2 .5 nm ) 4类。低煤级变形变质环境中随着构造变形的增强,不同类型构造煤过渡孔孔容明显降低,微孔及其下孔径段孔容明显增多,可见亚微孔和极微孔,过渡孔的比表面积大幅度降低,而亚微孔的却增加得较快。从脆韧性变形煤至韧性变形煤,总孔体积、累积比表面积、N2 吸附量随着构造变形的增强,这些结构参数均迅速增加,但中值半径进一步下降。非均质结构煤孔隙参数与弱脆性变形煤相当。中、高煤级变形变质环境形成的各种类型构造煤与低煤级变质变形环境相比,孔隙参数的变化基本一致。但不同类型构造煤的变化又有所区别     

热处理Mg/Al-LDH结构演化和矿物纳米孔材料制备

层状双氢氧化物(LDH)是自然界不常见的矿物,然而却是易于合成的重要材料。本文利用X射线衍射和透射电镜技术研究了Mg/Al-LDH热处理结构演化。结果表明,对于层间阴离子主要为碳酸根的Mg/Al-LDH,在400~800℃之间形成镁铝固溶体似方镁石结构氧化物。在层状双氢氧化物脱出结构水形成氧化物的过程中,产生2~3nm的纳米孔隙,但仍保留原来LDH片状晶体假象形貌,并继承原来的晶体结构取向。煅烧形成的具有似方镁石结构的氧化物可以重新水化形成新生LDH,但重新水化形成的LDH结晶度比原来的LDH结晶度低,这一过程可以导致微米和亚微米颗粒LDH趋于纳米化,并产生纳米粒间孔隙。温度高于1000℃时似方镁石结构氧化物进一步相变为尖晶石结构氧化物和方镁石复合物相,其中的方镁石可以水化为水镁石并且可以酸溶去除,相转变形成的尖晶石呈现纳米多晶并存在纳米粒间孔隙。这一发现为利用矿物相变原理制备廉价似方镁石结构纳米孔材料、LDH结构纳米孔材料和尖晶石结构纳米材料提供了新的思路。     

我国若干典型石墨矿山石墨的矿物学特征

为查明我国典型矿石墨的矿物学特征,采用XRD、FESEM-EDS、TEM和Raman光谱等表征手段对来自不同产地石墨样品的成分、结构与性质进行了研究。结果表明,晶质与隐晶质石墨分别由微米级和纳米级石墨鳞片组成,主要的区别为前者有更大的微晶尺寸;各样品均为2H型石墨结构,同时不同程度地含有3R型多型,轴长a=0.243~0.249 nm,c=0.672~0.677 nm,晶胞体积V在0.0347~0.0362 nm3之间,晶胞体积随晶体结构中O含量的增加而增大。天然产出石墨的石墨化度较高,最高可达1,由于后期地质作用或人工加工改造,引入次生缺陷,导致其石墨化度降低,结构无序度增高。晶质和隐晶质石墨的氧化起始温度分别为700~800℃和600~650℃,粒度越细的晶质石墨氧化起始温度越低。在水中石墨表面荷负电,p H为10.5时具有带电量的极大值,晶质石墨疏水性和导电性均强于隐晶质石墨。     

基于聚焦离子束-扫描电镜方法研究页岩有机孔三维结构

页岩中纳米级有机孔的大小直接影响页岩气含气量,其连通性亦对气体运移和开采至关重要。本文选择漆辽地区龙马溪组富有机质页岩,利用聚焦离子束-扫描电镜(FIB-SEM)在纳米尺度上(10 nm)进行有机孔结构的三维重构。研究结果表明:(1)FIB-SEM方法适用于微米级页岩的纳米(3 nm)孔隙结构特征研究。(2)蜂窝状有机孔发育均匀,孔径集中于10~200 nm,连通性较差;界面有机孔孔径集中于200~300 nm,局部连通性较好。(3)页岩总孔隙度与有机质含量成正比。研究认为,对于以有机孔为重要储集空间的页岩,有机质分布越集中,连续性越好,研究孔隙度的表征单元体尺度越小。     

热处理Mg/Al-LDH结构演化和矿物纳米孔材料制备

层状双氢氧化物(LDH)是自然界中不常见的矿物,然而却是易于合成的重要材料。本文利用X射线衍射和透射电镜技术研究了Mg/Al-LDH热处理结构演化。结果表明,对于层间阴离子主要为碳酸根的Mg/Al-LDH,在400~800℃之间形成镁铝固溶体似方镁石结构氧化物。在层状双氢氧化物脱出结构水形成氧化物的过程中,产生2~3nm的纳米孔隙,但仍保留原来的LDH片状晶体假象形貌,并继承原来的晶体结构取向。煅烧形成的具有似方镁石结构的氧化物可以重新水化形成新生LDH,但重新水化形成的LDH结晶度比原来的低,这一过程可以导致微米和亚微米颗粒LDH趋于纳…     

宣龙铁矿铁质鲕粒的显微结构及成因

宣龙铁矿的铁质鲕粒由各种不同的核心和微层状外壳组成。核心的组分主要是石英砂粒、赤铁矿内碎屑和凝块以及粒状菱铁矿等。外壳的纹层分别由显微结构不同的板状、片状、均匀和不均匀粒状泥晶赤铁矿以及少量菱铁矿组成。其中板伏、片状、均匀粒状赤铁矿和菱铁矿主要是以化学或生物化学方式在核心表层逐层沉积结果;不等粒状赤铁矿微层则是鲕粒滚动中对铁质颗粒粘附而成。菌藻类生长繁殖改变沉积环境的物化性质,对铁质沉积起着重要作用。     

水热法合成黄铁矿微观形貌和结构的观测与表征

模拟热液型金矿床中黄铁矿生成的地质条件,采用硫酸亚铁(FeSO4)和硫代乙酰胺(CH3CSNH2)为铁源和硫源,在Fe/S比为1∶3、温度180~200 ℃、加热时间24 h条件下考察黄铁矿的结晶情况。用SEM扫描电镜观察在不同水热条件下合成黄铁矿的形态及成分;用多晶X射线衍射仪(XRD)确定了产物物相组成;用透射电子显微镜(TEM)观测表征了黄铁矿晶体的形态和结构。结果表明：在200 ℃时黄铁矿为粒状,粒度较均匀,粒径1 μm左右。在180 ℃时黄铁矿除有尺寸在1 μm左右粒状黄铁矿外,还有不规则带状黄铁矿晶体,带宽为200 nm左右。认为水热条件中,随着结晶温度的逐步升高,黄铁矿的形貌逐步由不规则形状向规则形状的转变。所以在实验温度较高阶段,形成规则的粒状形貌;在低温阶段,则会出现不规则带状形貌。     

松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组储集空间与油态研究

松辽盆地古龙凹陷有丰富的页岩油气资源。但是目前对古龙凹陷页岩油储层的岩石学特征和页岩油的状态,尤其是储集空间的类型及其组合关联性认识不清。通过对古龙凹陷白垩系青山口组岩芯的精细描述及其薄片分析和电子显微镜观察及三维CT深入研究,发现古龙青山口组页岩油的储集空间具有多样性和多尺度性。除了纳米孔缝外,还有页理缝。根据页理缝的规模和与油气的关系,可分为5类：① 纳米缝,缝宽在10~50 nm,缝长50~100 nm,或更长;两端尖中间宽,微弯曲呈蠕虫状;本身也是重要的储集空间,是纳米级油元的重要组成部分,与纳米级孔油元和微米级油基关系密切;② 微米缝,宽 0.1 μm 到数微米,长数十微米到数百微米,与纳米级油元和微米级油基关系密切;③中微缝,宽数微米到数十余微米,缝长数百微米,与微米级油基关系密切;④大微缝,宽数十微米到100 μm,长数百微米到数毫米,与微米级油基和微微缝及中微缝关系密切和⑤ 大页理缝(宽数百微米,肉眼明显可见),与各级微裂缝关系密切。此外,可见高角度倾斜或直立的裂缝,由于这些页理缝顺层发育,所以往往当做页理对待。通过研究,认为页理缝主要是嫩江组沉积末期（嫩末）和明水组沉积末期（明末）的构造反转褶皱过程中形成的。另外,还发育了大量的顺层方解石脉,根据方解石脉的宽度分为3类：① 小型介于0.1~1.0 mm;② 中型介于1.0~5.0 mm;③ 大者介于0.5~1.0 cm,最大宽度2.5 cm。较大的顺层方解石脉由垂直页理的纤柱状方解石组成。大方解石普遍发育共轭裂缝和挤出构造,是古龙凹陷嫩末和明末古应力反转的结果,也是古应力恢复的重要依据。经应力恢复认为嫩末和明末,可能一直延续到依安组的最大应力来自于水平方向（东西方向）,在1500 m和2500 m深度水平最大挤压应力分别可达139.16 MPa和204.27 MPa,而垂向最小应力则分别为35.44 MPa和59.07 MPa。所以,在这种应力状态下导致顺层发育了大量页理缝和顺层纤柱状方解石脉。此外,在页理面上还发育了一系列摩擦镜面、擦痕、阶步、光面、剪裂面、鳞片构造、碎片构造等,揭示了沿页理发育了强烈的顺层剪切。四级纳微缝与大页理缝密集发育,在顺层面方向构成了裂缝空间联通网络,使页岩在顺层面方向渗透率较好或很好;裂缝空间联通网络与纳米和微米孔一起构成了一个三维的特殊缝孔体,与碳酸盐岩的缝洞体相当。纳米孔缝和微米孔缝及页理缝对于松辽盆地青一段页岩油的勘探开发具有重要意义。     

脆性变形序列构造煤纳米孔隙和粗糙度的原子力显微镜研究

煤孔隙结构是煤层气勘探开发与煤矿安全研究中的关键问题之一。构造煤相比于原生结构煤非均质性强,是煤储层研究中的热点和难点。采用原子力显微镜,结合NanoScope Analysis和Gwyddion分析软件,对脆性变形序列构造煤的孔隙结构和表面粗糙度特征进行研究。结果表明:构造作用整体上促进了脆性变形煤孔隙的发育,但不同脆性变形构造煤受构造作用影响的程度存在明显差异。根据煤受构造作用影响的程度,脆性变形煤孔隙结构演化可划分为强弱2个阶段:弱脆性变形阶段(原生结构煤—碎裂煤—片状煤—碎斑煤)构造作用对煤体的孔隙结构影响较小,平均孔数量缓慢增长,平均孔径缓慢减小,该阶段构造作用主要促进了100~200 nm大孔的发育;强脆性变形阶段(碎斑煤—碎粒煤—薄片煤)构造作用对煤体孔隙结构产生了显著影响,平均孔数量迅速增长,平均孔径迅速减小,这一阶段构造作用主要促进了10~50 nm介孔和50~100 nm大孔的发育。这表明脆性变形构造煤孔隙结构并非简单的线性演变。不同脆性变形煤的算术平均粗糙度和均方根粗糙度参数分别为3.00~6.05 nm和3.94~7.62 nm,其中,弱脆性变形阶段粗糙度整体较高且无明显变化,而强脆性变形阶段粗糙度迅速降低。通过AFM剖面分析,建立了煤表面孔隙形态的数学模型。基于该模型的算术平均粗糙度模拟结果表明,大孔是煤表面粗糙度的主要贡献者,构造作用主要通过影响煤中的孔隙结构,进而影响煤的表面粗糙度。      

红外光谱/扫描电镜等现代大型仪器岩石矿物鉴定技术及其应用

传统的光学显微镜由于分辨率、放大倍数的限制,对于细微颗粒的定性分析不准确,矿物的定量分析存在一定的误差,对纳米-微米级矿物形貌及结构特征的观察束手无策。随着油气勘探及地质找矿的不断深入,需要提供岩石中所有矿物、孔隙及微量元素的信息,因此整合傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电镜的优点,建立以大型仪器为基础的岩石矿物鉴定方法是当前地质工作的需要。红外光谱光谱范围为7500~370 cm-1,能对固、液、气样品中含量高于30%的矿物进行快速、准确的定性分析;主要用于有机质分析,其次还可对部分具有极性键的无机化合物及金属氧化物进行分析。X射线衍射仪能快速地对样品中含量大于15%的矿物进行较为准确的定量分析;现今主要用于各类晶质矿物的定性分析,同时也可对碳酸盐岩矿物等不含水矿物进行定量分析。拉曼光谱仪光谱范围为200~1000 nm,空间分辨率为横向0.5μm、纵向2μm,通过对包裹体进行测试能直接获得成岩过程中的温度、压力、流体成分等信息;目前主要用于流体包裹体成分的测试,其次还可对分子极化度会发生变化的液态、粉末及固体样品进行定性分析。扫描电镜分辨率达到1 nm,能清晰地观察到纳米-微米级矿物的形貌特征及矿物的结构特征;主要用于纳米-微米级的任何非磁性固体矿物的形貌及相关关系的观察。通过大型仪器建立的岩石矿物鉴定方法具有更高的分辨率,显著地提高了岩矿鉴定的精准度,大大拓宽了岩矿鉴定的范围(如鉴定纳米/微米级的矿物、矿物的不同变种等),能够全面、精准地提供岩石矿物的矿物含量和矿物组成、客观准确的成岩作用信息、清晰的矿物微观形貌及结构特征,而且仪器功能相互重叠,测试结果相互验证,保证了测试结果的可靠性。与传统光学显微镜鉴定方法相比,现代大型仪器岩石矿物鉴定技术为揭示矿物间的共生、反应、演化、岩石的成因、沉积/成岩环境等提供了依据,为地质工作提供准确、全面的矿物定性定量、组构特征及成岩作用等信息,为地质工作的顺利完成奠定了坚实的基础。     

基于SAXS的不同变质程度煤纳米级孔隙结构特征研究

为揭示不同变质程度煤岩纳米级孔隙特征,运用小角X射线散射方法(SAXS),采集镜质体反射率R_max在0.31%~6.24%的15个样品,基于散射数据获取的煤岩孔隙率、孔径分布、比表面积和分形维数,讨论了煤化过程对煤岩纳米孔隙(0.3~100 nm)结构的影响,并用低温CO₂和N₂吸附DFT模型结果对孔径分布进行了验证。结果表明:在R_max < 0.5 %时,煤岩孔隙率和比表面积随着变质程度的增加而增加,微孔(< 2 nm)含量增长较少,介孔(2~50 nm)和大孔(50~100 nm)含量大幅增加,煤岩表面逐渐光滑;在R_max=0.5%~1.4%时,孔隙率和比表面积减小,各类孔隙含量均减少,煤岩表面逐渐光滑;在R_max=1.4%~4.0%时,煤岩孔隙率和比表面积增大,微孔含量大幅增加,介孔和大孔含量近乎稳定,煤岩表面逐渐粗糙;在R_max > 4.0%后,煤岩孔隙率和比表面积缓慢增加,微孔增长幅度变缓,煤岩表面逐渐光滑。SAXS在0.3~100 nm孔径分布(本次实验范围)中用球形形状因子与低温CO₂和N₂吸附结果契合度较高,煤中纳米级孔隙率及比表面积主要由微孔贡献。