鄂尔多斯盆地北部古岩溶储层流体-岩石系统孔隙发育规律及成岩圈闭定量预测

在化学动力学及热力学、流体动力学和弥散动力学等理论的基础上,建立古岩溶储层岩溶斜坡地质模型和数学模型,对模型的承压流、潜流模式流体岩石系统进行动力学模拟研究,得出岩溶斜坡剖面上孔隙发育带和孔隙充填带的有利区,并探讨形成成岩圈闭的形成机理、模式和有利部位。     

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。     

河北省围场县北部山湾子盆地古风化壳对大北沟组地层划分的意义

通过1/5万区域地质调查,笔者在围场县北部山湾子盆地张家口组顶部发现古风化壳,风化壳由张家口组顶部酸偏碱性火山岩风化残积形成,灰紫、紫红色,厚5~100 cm,延伸较稳定,长约30 km,垂直分带特征明显,上部为强风化的残积层,结构疏松,残积碎石颗粒较小,粘土矿物占比较高;下部为半风化层,主要由残积碎石组成,原岩结构、构造特征保存较完好,底部风化强度较弱,碎石间仍断续相连,与下伏基岩呈渐变过渡,风化壳的存在,表明大北沟组与下伏张家口组之间存在明显间断,我们将其确定为大北沟组底界,解决了以往区内张家口组与大北沟组界线位置不易确定及划分比较混乱的问题.山湾子盆地半壁山河南大北沟组剖面顶底齐全,化石丰富,接触关系清楚,无疑是研究大北沟组较为理想的场所之一.笔者等对围场北部山湾子盆地大北沟组进行了划分对比研究,为区域上大北沟组的研究及大北沟组与张家口组界线的划分具有借鉴意义.     

地壳流体—岩石氧氧同位素交换反应动力学研究现状

矿物－流体体系氧同位素交换反应动力学模型主要分为５种：封闭、“封闭”、一般开放、流体缓冲体系以及岩石缓冲体系。交换机制主要为扩散控制和表面控制。层状辉长岩上部、下部岩系辉石往往表现出不同的交换速率和交换程度，流体的初始δ＾１８Ｏ值也显示出较大的不均一性。花岗岩－流体氧同位素交换反应绝大多数为开放体系不平衡类型。中深成岩基与浅成岩体在有效反应时限、流体标准化渗透率方面不同。前寒武纪条带状硅质铁建造分     

地壳流体－岩石氧同位素交换反应动力学研究现状

矿物－流体体系氧同位素交换反应动力学模型主要分为５种：封闭、＂封闭＂、一般开放、流体缓冲体系以及岩石缓冲体系。交换机制主要为扩散控制和表面控制。层状辉长岩上部、下部岩系辉石往往表现出不同的交换速率和交换程度，流体的初始δ１８Ｏ值也显示出较大的不均一性。花岗岩－流体氧同位素交换反应绝大多数为开放体系不平衡类型。中深成岩基与浅成岩体在有效反应时限、流体标准化渗透率方面不同。前寒武纪条带状硅质铁建造分为低级变质地带（Ⅰ组）和高级变质地带（Ⅱ组），前者多为典型的开放体系不平衡类型，石英反应程度低；后者则接近平衡，石英反应程度高。造山带低级变质地体流体－岩石１８Ｏ交换主要是在岩石缓冲体系下进行的。流体循环与质量传输机制主要有：平流、扩散、扩散－平流复合机制。     

甘肃拾金坡金矿床成矿过程中流体-岩石反应

通过流体包裹体岩相学观察、显微测温和成分分析,对拾金坡金矿床成矿流体进行了研究;通过元素地球化学分析,探讨了该矿床流体-岩石反应体系地球化学和金的搬运、沉淀机制。结果表明,主成矿阶段流体包裹体均一温度为270~340℃,冰点温度为-6.5~-4.3℃,相应盐度为4.65%~9.21%(NaCl wt.)。流体包裹体气相成分主要为CO2、H2O;液相成分阳离子以K+、Na+为主,且Na+K+,含少量Ca2+,阴离子以Cl-、Br-、SO2-4为主,且Cl-SO2-4。成矿流体属中温、低盐度、富CO2的Na+-Cl-型流体,Au(HS)-2可能是其中金溶解迁移的主要形式。温度和压力降低是石英脉型矿化中金沉淀、富集的最主要原因。流体-岩石反应过程中,发生了复杂的元素带入和带出,K被大量带入,Au、Ag、As、Sb等成矿及其相关元素强烈富集,构成蚀变岩型金矿化。     

贵州西部二叠系峨眉山玄武岩顶部古风化壳钪-铌-稀土矿化富集层的发现与意义

二叠系峨眉山玄武岩顶部与上覆龙潭组不整合面广泛发育区域性古风化壳,该类古风化壳在川滇黔地区广泛分布,具有产出层位稳定,厚度大,多元素富集特点.目前,总体上对该类古风化壳的成矿和资源潜力研究程度不高,本次在水城—纳雍地区开展系统的岩石地球化学调查发现该层位具有明显的钪、铌、稀土矿化.矿化富集层中w(Sc2O3)介于40×10-6～133×10-6,平均73×10-6,w(Nb2O5)介于30×10-6～392×10-6,平均229×10-6,w(∑RE2O3)介于0.052％～0.214％,平均0.093％.钪、铌、稀土具有较明显的"分异"和"分层"富集特征,钪主要富集于中下部含铁质粘土岩系,形成于弱还原环境,铌、稀土主要富集于上部铝质、碳质粘土岩系,形成于氧化-还原转换环境,稀土元素为LREE富集型,在含碳质粘土岩、碳质页岩中富集程度最高,暗示有机质在稀土元素的迁移、富集过程中可能起到了重要的介质作用.稀土配分、La/Yb-∑REE图解及Eu异常特征指示物源主要为峨眉山玄武岩,可能有少量中酸性火成岩的贡献.本文研究表明川滇黔地区的这类古风化壳中的钪、铌、稀土具有较大的资源潜力,未来有望成为古风化壳型(古风化-沉积型)钪、铌、稀土矿床的重要产出层,具有巨大的勘查、评价及综合研究价值.     

白云岩体表生成岩裸露期古风化壳岩溶的规模

白云岩体表生成岩裸露期古风化壳岩溶对白云岩体古岩溶储渗体的形成至关重要。表生成岩裸露期古风化壳岩溶可形成地表残积层和表层之下大小不等的溶蚀空间。地表残积层与上覆盖层间可成为油气的储渗空间和通道,表层之下大小不等的溶蚀空间则可被塌积岩、冲积岩、填积岩和淀积岩充填,但其内常可保存部分孔隙,并为后来的埋藏溶解提供流体扩溶的初始空间和流体流动的通道。野外露头和井下岩心中的大量现象和事实说明,白云岩体表生成岩裸露期古风化壳的规模远小于石灰岩体。最主要原因是白云岩(石)可溶性远较石灰岩(方解石)小,同样组构的白云岩的物理力学强度亦较石灰岩小。白云岩体本身的岩性和组构、层理类型、泥质含量、构造裂隙的发育程度等都会影响裸露期古风化壳的规模。     

碳酸盐岩古风化壳储集层(体)研究

根据多年来对鄂尔多斯地区和塔里木盆地有关油气田的研究成果和近年来的国内外相关资料,用“古风化壳储集层(体)”的观点系统详细地阐述了碳酸盐岩古风化壳储集层(体)的形成、岩相、岩溶、地球化学、储集性能、演化等特点。古风化壳具有岩溶分带性特点,是一个由表生成岩作用形成的特有的地质体,因而,不等同于不整合面和侵蚀面。典型的碳酸盐岩古风化壳储集层(体)可划分为4个带：破碎带、渗流带、混合带、潜流带,其演化与沉积旋回、海平面的振荡运动和局部构造运动有密切的关系。指出可以利用碳酸盐岩古风化壳储集层(体)测井曲线和地震勘探的响应来识别溶洞和裂缝;运用模糊数学方法对其进行分区、分带的评价,运用多学科和多种技术方法对其进行研究和预测。     

华北房山景儿峪组顶部古风化壳常量元素地球化学特征及其古气候意义

风化壳的元素地球化学组成可以反映风化壳的发育类型及其气候特征,地史时期形成的古风化壳的元素地球化学组成可以揭示古风化壳的类型及其古气候特征.华北地区新元古代晚期（景儿峪组）至寒武纪（府君山组）期间的地层记录缺乏连续性,广泛发育一套典型的古风化壳,该古风化壳的发育过程可能记录了晚新元古代至早寒武纪期间的古气候特点.针对华北房山地区景儿峪组顶部保存的古风化壳中常量元素的组成、元素迁移富集特征和风化系数等分布规律开展了较系统分析,结果表明:（1）SiO₂、Al₂O₃、TFe₂O₃、CaO是景儿峪组顶部古风化壳的主要组分,Al₂O₃、TFe₂O₃、TiO₂、K₂O在风化壳的中上部相对富集,SiO₂则轻微亏损,CaO、Na₂O、MgO、P₂O₅被迁移淋失;（2）硅铝系数、硅铝铁系数、化学蚀变指数（CIA）、残积系数、风化淋溶系数（BA）等地球化学指标的垂向变化特征指示该古风化壳形成于温暖湿润条件下中等强度的化学风化作用,其风化过程可能经历了由较弱至较强再逐渐减弱的演变过程;（3）与现代发育于湖南、贵州、云南等地碳酸盐岩类基岩之上的风化壳元素地球化学特征对比,发现景儿峪组顶部古风化壳的Si淋失度和Fe、Al富集度均较低.综合研究区古风化壳的常量元素地球化学特征,同时结合新元古代晚期至寒武纪的华北板块古纬度迁移特征,认为房山地区景儿峪组顶部发育的古风化壳形成于温暖湿润的亚热带-热带气候,为脱硅富铝化程度较低的硅铝粘土型风化壳.      

风化壳研究的现状与展望

风化壳是岩石圈、大气圈以及水圈、生物圈之间相互作用的界面,能够直接记录地球多圈层演化的信息.利用风化壳的地带性规律重建古环境是地貌学研究的传统内容之一.近年来,单晶矿物激光40Ar/39Ar测年技术、"双面"模式以及古地磁法等在风化壳研究中的成功应用,在理论和技术上为恢复大陆剥蚀区高分辨率的环境演变历史创造了条件.利用风化年代学、风化地层学、古地磁学和地球化学等方法对风化壳进行综合研究,不仅可以建立剥蚀区的环境演变序列,为风化期次(事件)与其他全球性构造-气候事件的对比提供了广阔的前景;而且可以用于化学风化(强度和速度)的准确量化,有利于深入理解构造-剥蚀-风化-气候之间相互作用的反馈机制和正确评估人类活动对未来气候的影响能力.     

柴达木盆地东坪地区基岩风化壳特征

柴达木盆地阿尔金山前斜坡带发现了规模分布的东坪基岩气田,其基岩风化壳的作用成为关注的问题。依据元素分析、X-射线衍射分析、岩心薄片观察,常规测井响应和成像测井响应特征,识别出东坪地区基岩风化壳发育不同结构层,且不同结构层的储集特征有很大差异。研究表明,基岩风化壳结构可划分为土壤层、完全风化层和半风化层,而半风化层又可进一步分为溶蚀带和崩解带;其中土壤层厚度0~2 m,完全风化层厚度4~15 m,溶蚀带厚度365~164 m,崩解带厚度300~1 000 m。基岩半风化层是储层发育带,其中溶蚀带储集物性好于崩解带,溶蚀带发育较多的溶蚀孔洞和溶蚀加宽的网状裂缝,孔隙度范围2%~16%;而崩解带发育弱溶蚀构造缝和节理缝,孔隙度范围2%~8%。东坪地区大规模发育基岩风化壳为柴达木盆地远离烃源岩灶的斜坡地区寻找油气提供了借鉴依据。     

鄂尔多斯盆地东部奥陶系风化壳岩溶古地貌特征及综合地质模型

密切结合勘探实际,以钻井、测井等地质资料为主要依据,以鄂尔多斯盆地东部奥陶系风化壳为对象,以多学科的地质理论与技术方法为指导,结合盆地构造演化,通过对奥陶系不整合侵蚀面上下地层组合情况的深入分析,把印模法与残厚法结果有机结合,深入探讨了奥陶系风化壳古地貌恢复的方法思路及其古地貌发育特征,探索了古地貌恢复的新方法--综合法,建立了解释和恢复古地貌单元属性的综合地质模型。研究结果表明：盆地东部奥陶系侵蚀不整合面上下的地层组合可以分别被划分为上薄下薄、上厚下厚、上厚下薄、上薄下厚4种基本型式以及上次厚下次薄、上次薄下次薄、上次薄下次厚、上次厚下次厚等8种子模型;相应的古地貌解释包括了岩溶高地、岩溶斜坡、岩溶盆地3个二级古地貌单元以及残丘、台地、残台、阶坪、沟谷、浅洼、深洼等11个三级古地貌单元。岩溶高地出现于研究区西南角,分布局限;岩溶斜坡占据了研究区的大部分,其主力地貌单元为斜坡台地与斜坡阶坪;岩溶盆地位于研究区东部,其主力地貌单元为盆地浅洼。     

花岗岩风化壳中的微生物及其对稀土元素的浸出作用

对广东共和稀土矿花岗岩风化岩风化壳剖面下不同深度的样品进行微生物培养，发现在0．2－12m深度范围的样品均有微生物存在，在0．2－3m深度范围微生物种类较多。微生物类型有细细菌（包括牙胞杆菌属、肠杆菌属、埃希氏菌属、产碱杆菌属等杆菌，奈瑟氏球菌属、葡萄球菌属等球菌以及梭状芽胞杆菌属厌氧菌）、真菌（包括曲霉属黑曲和黄曲、青霉属、毛霉属、酵母菌）和放线菌。利用风化壳中的各种微生物及其发酵产物对稀土矿样进行稀土浸出实验，并与蒸馏水和不加菌液的培养液作对比，实验结果表明：①混合微生物及其代谢产物浸矿，稀土元素的浸出量明显增加，浸泡液的pH值降低；②真菌类（毛霉属、酵母菌、曲霉属、青霉属）对稀土的浸出量最高，然后依次为发酵芽胞杆菌、葡萄球菌属、放线菌、发酵芽胞杆菌属；③细菌类对稀土的浸出作用主要与其代谢产物改变介质的pH值有关；而真菌类对稀土的浸出作用主要与其直接吸附和吸收稀土元素以及其代谢产物与稀土元素的络合作用有关；④与硫酸铵的浸出结果相比，微生物所浸出的稀土元素δCe较大、δEu值较小、（La/Sm)N和（Gd/Yb)N)的比值较低，结果与稀土元素在华南风化壳稀土矿风同间面中不同层位的变化规律一致。实验结果说明微生物及其代谢产物对风化壳中稀土元素的活化迁移和分异作用具有积极的贡献。     

准噶尔盆地腹部侏罗系顶部风化壳的发育机制及其油气成藏效应

准噶尔盆地腹部侏罗系顶部风化壳的风化粘土层相对富含Al2O3、Fe2O3和TiO2。根据风化壳的成熟度将风化壳分为两类:Ⅰ类成熟度高,其硅铝率（SiO2/Al2O3）在2.74之间;Ⅱ类成熟度低,其硅铝率在4.05.0之间。风化壳的成熟度差异由构造和时间的不同引起。受车莫古隆起的影响,其脊部的风化壳不断向下伏地层发育,成熟度低;古隆起的脊部以外的地区,风化壳发育的构造环境相对稳定,风化壳的成熟度高;董1井区由于后期发育齐古组的沉积,风化壳的发育时间相对较短,成熟度低。根据风化壳的成熟度发育机制和成熟度差异,将风化壳在腹部分为4个区。其中,古隆起的脊部的风化壳发育于三工河组砂体之上,易于形成地层削截型油气藏。其余地区的风化壳主要起遮挡作用,是油气成藏的重要界面。      

鄂尔多斯盆地宜川—黄龙地区奥陶系风化壳储层特征及主控因素研究

以岩心观察、薄片鉴定及测井资料解释为基础,结合孔隙充填物地球化学参数分析,对鄂尔多斯盆地宜川—黄龙地区奥陶系上组合风化壳储层特征及储层发育主控因素进行了研究。储层岩性主要为白云岩类及次生灰岩。储集空间以硬石膏结核溶模孔为主,溶蚀孔洞、晶间孔次之,裂缝对储层储渗性能具有一定的改善作用。储层具有低孔、低渗特征,孔隙度2%的居多(占73.8%),渗透率0.01×10~(-3)μm~2的最多(占86.6%)。储层发育主要受沉积相和成岩作用控制:处于相对高能环境的砂屑滩、(含)硬石膏结核白云岩坪是优质储层发育的有利相带;岩溶作用及白云石化作用是主要的建设性成岩作用,与之伴生的充填作用、压实作用及次生灰化作用是主要的破坏性成岩作用。     

准噶尔盆地石南地区侏罗系-白垩系间风化壳的发现及其地层学意义

本文综合利用测井、录井、钻井等多种井资料,对准噶尔盆地腹部石南地区引起争议的“杂色泥岩”的古生物群化石组合特征,粘土矿物特征,岩性、电性特征等进行了研究。通过孢粉组合的时代对比和粘土矿物分析,证明了“杂色泥岩”是一个区域风化壳,确定了白垩系与侏罗系的界线以及“杂色泥岩”的原始沉积时代,并且通过岩性、电性特征对该风化壳的结构进行了研究。研究表明：该风化壳平面上具有分带结构,垂向上具有分段结构,各段的测井响应特征明显;“杂色泥岩”的原始沉积属于侏罗系西山窑组,石南地区普遍缺失头屯河组;“杂色泥岩”上覆的白垩系清水河组为超覆,下伏的侏罗系西山窑组被削截。据此,对该地区白垩系与侏罗系（K／J）、侏罗系头屯河组与西山窑组（J2t／J2z）地层界线进行了重新划分,建立了新的分层方案。     

鄂尔多斯盆地东部奥陶系风化壳储层特征及主控因素分析

鄂尔多斯盆地东部奥陶系风化壳储层岩石类型以含膏模孔的细粉晶白云岩为主。储集空间主要为溶孔,溶孔的充填程度及类型决定了储层物性的好坏。充填物类型决定储集空间的好坏,方解石充填对储集空间破坏性较大,但充填白云石由于其自身晶粒较粗,发育晶间孔,对储集空间具有建设性作用。对盆地东部风化壳储层发育的表征形态及孔洞充填物的硫同位素、化学成分、激光碳氧同位素、锶同位素特征的分析表明,盆地东部岩溶孔洞中充填的方解石主要形成于裸露风化期,而白云石则是埋藏期压释水岩溶的产物,提出中深埋藏期的压释水岩溶是有利储层形成的关键因素。     

中地壳的地球化学动力学和矿石成因

笔者重点进行了大于300℃——在近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应动力学实验。矿物(钠长石Ab、透辉石Di、阳起石Act和磁铁矿Mt)的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300℃至400℃范围,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。各种多金属氧化物硅酸盐与水反应时,各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样,常称为一致溶解作用。但是,在近300℃变为一致溶解作用。实验发现在22MPa时硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。确切地说,金属与氧之间的键的性质决定了它们(金属氧化物)与水之间反应速率。在一般情况下,Na-Obr,Ca-Obr,Mg-Obr,Al-Obr和Si-Obr的键桥(br),它们之间相对地由具有离子键性质逐步变为具有极性键的性质。由常温常压到亚临界区(300～374℃22MPa),再到大于临界点374℃、22MPa进入超临界区,水的性质随温度、压力变化。水由容易溶解离子键逐渐变为容易打破极性键。笔者还研究了黑钨矿、锡石(玄武岩、花岗闪长岩)与水在250～400℃条件下的反应动力学过程,得出了相同的结果。实验均发现在跨越水临界点时矿物(或岩石)与水反应的动力学涨落。这些实验结果可以用于说明中地壳上部的水/岩相互作用的特征。发生于中地壳的水、岩相互作用大多是在300～450℃和20～50MPa条件下进行的。各地区的地壳厚度不一,中地壳温度压力并不完全相同。模拟中地壳条件下水/岩相互作用实验,目的主要是研究矿物(或岩石)在300～450℃条件下反应动力学过程。已有热液矿床矿物流体包体数据表明:有一批矿床的主要矿石形成于300～500℃,低于NaCl H2O溶液临界线的条件。中地壳的流体处于由亚临界态跨越临界态,进入超临界流体太的演化过程。这种流体的性质变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落和矿石大量沉淀。