基于分形理论的隔水性指数法对古风化壳隔水效果的评价

针对华北型煤田复杂构造区底板奥陶系灰岩岩溶水害威胁问题,目前采用的突水系数评价方法和注浆改造(加固)治理技术均未考虑奥灰顶部古风化壳的隔水性能。基于此,研究了奥灰顶部古风化壳的物性特征,在“隔水性指数法”思想指导下,提出了一种基于分形理论的隔水性指数法评价古风化壳隔水性,创建了评价流程,并以峰峰矿区南部研究区为例开展应用,结果表明:研究区古风化壳弱和较弱隔水性区呈条带状分布于井田中部和西南部,强和较强隔水性区分布于井田北部和南部边界,其他区域为中等隔水性。该方法有效减少了传统评价方法中构造要素描述的数量,更能够对断裂网络的复杂度进行定量化评价,对于华北型煤田古风化壳隔水性研究具有理论指导意义。

西峰剖面午城黄土古风化强度变化与早更新世季风环境演化

游离铁(FeD)/全铁(FeT)比值被土壤学界用来反映土壤化学风化强度,并已在风尘堆积的古环境研究中得到较好应用。然而,迄今对第四纪黄土古风化强度的研究多集中于中更新世以来的序列,只有少数剖面的分析包含午城黄土。文章基于西峰剖面661个样品的FeD和FeT分析,建立了该剖面午城黄土的古风化强度序列,并与剖面原有1·2Ma以来的序列进行对比。结果表明,早更新世古土壤的风化强度与后期相比总体较低,而黄土层的风化强度总体偏高,反映了较小的冰期-间冰期反差;古风化强度的波动总体上与深海氧同位素有较好的一致性,体现了全球冰量变化对我国北方季风环境的控制。2·6～1·6Ma期间,古土壤的平均风化强度在整个第四纪最低,指示了较弱的夏季风环境效应。从约1·6Ma开始到1·2Ma,古土壤和黄土层的风化强度均增加,并开始有较显著的约100ka周期。这些特征在深海氧同位素记录中没有表现,而与热带地区一些环境特征相吻合,从而指示了低纬过程对我国北方早更新世季风环境的显著影响。

四川若尔盖地区西康群地球化学特征及其物源区和古风化程度分析

通过对四川省若尔盖地区西康群砂泥岩的主量元素、微量元素和稀土元素进行综合研究,发现本区砂泥岩的S iO2、P2O5、MnO与PAAS有相同的含量,富集Na2O、CaO,贫A l2O3、Fe2O3、MgO、K2O和TiO2。微量元素W含量大大高于上地壳丰度,Nb和Ta含量大大低于上地壳丰度,而与下地壳丰度相当,Sc的含量略低于上地壳丰度,造岩元素Sr略高于地壳丰度值。稀土元素总量相对较高,平均值为133.97×10-6,与地壳中的稀土元素总量112×10-6较为接近。轻稀土元素相对于重稀土元素较为富集,具中等的负铕异常,稀土配分曲线均显示比较一致的右倾的轻稀土富集的配分模式。由此认为其地球化学特征与大陆岛弧和被动大陆边缘沉积物相似。综合其他地质资料认为若尔盖地区西康群砂泥岩的物源区可能为康滇古陆。

藏北北羌塘盆地晚三叠世古风化壳地质地球化学特征及其意义

对最近在藏北羌塘盆地菊花山、肖茶卡、石水河等地区新发现的肖茶卡组顶部的粘土质角砾岩的地质、地球化学特征研究表明:其岩石矿物成分、结构构造、角砾层产状及剖面演化序列等与古风化壳的形成及其特征较为一致;相对于基岩,古风化壳的主量元素表现为CaO、CO2的淋失和SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、MnO、P2O5等不同程度的相对富集;古风化壳中的粘土质风化残积层的稀土元素具有明显的富集,表现为LREE含量远大于HREE的特征,存在明显的Ce的正异常以及Eu的负异常;微量元素除Mo、Sn和U外,粘土质风化残积层的其余元素含量均有明显的增加。这些特征从另一角度证实了北羌塘盆地晚三叠世存在明显的沉积间断。晚三叠世肖茶卡组顶部古风化壳的发现,为了解区域地壳发展史、古气候、古地理演化、层序地层的划分与对比、羌塘含油气盆地分析等提供了重要的依据。

古风化壳是碳酸盐岩一个重要的储集层（体）类型

大量含油气区的勘探开发证明，古风化壳是碳酸盐岩一个重要的储集层（体）．作者以塔里木盆地下古生界古风化壳储集层（体）为基础，结合鄂尔多斯地区和任丘油田，从地层、岩矿组成、成岩作用、古岩溶、垂向结构、储集性能、测井曲线、地震反射和含油气性诸方面进行了详细研究。大量资料证明，古风化壳是经长期表生成岩作用形成的特有的地质体，其内部具有特有的分带性结构和含油气性。用岩溶并不能代表它的特殊性和整体概念，应称之为古风化壳储集层（体）。

北京密云元古宙环斑花岗岩古风化壳及其与长城系常州沟组的关系

华北地区长城系在中国元古宙研究中占有相当重要的地位,其底界是目前划分古、中元古界的重要界线标志。长期以来,由于在靠近长城系底部缺少可定年的岩层或地质体,其底界年龄一直难以确定。近年来笔者在北京密云地区,发现了长城系常州沟组砂岩层直接覆盖在发育有古风化壳的环斑花岗岩(脉)之上。风化壳物质的组成主要为环斑花岗岩的原地风化岩石,以及向上过渡为貌似环斑花岗岩的粗碎屑岩。已获得古风化壳-环斑花岗质碎屑岩的碎屑锆石U-Pb年龄值为(1 682±20)Ma(SHRI MP)和(1 708±5.6)Ma(LA-ICP-MS)等,与相邻的密云环斑花岗岩年龄相同。初步分析表明,密云环斑花岗岩及其同期岩脉在侵位之后,曾随着区域地壳抬升暴露出地表。经过一定时期的风化和部分剥蚀,在其表面形成残积物和接近原地堆积的环斑花岗质碎屑物质。从形成时间来看,这套岩石应属于"前常州沟期(组)"。它的存在和测年结果显示,长城系常州沟组的底界年龄应小于1 682 Ma,而不是以前划定的1 800 Ma。根据环斑花岗质沉积岩碎屑锆石以及已有的上覆地层相关年龄数据的分析,我们初步提出长城系底界年龄约为1 665～1 670 Ma。

古风化壳孔隙与裂缝发育特征及其油气地质意义

通过总结前人研究结果,利用数据整理、薄片观察等方法对古风化壳中孔隙和裂缝的发育规律进行了分析,并探讨了古风化壳结构的油气地质意义。研究结果表明,发育完全的古风化壳具有风化黏土层和半风化岩石的分层结构;半风化岩石中部孔隙和裂缝较发育,向上向下规模逐渐减小,至风化黏土层大孔隙和裂缝不发育。通过实例汇总认为,影响半风化岩石孔缝系统发育程度的主要因素包括风化基岩的岩性、风化的时间和强度、风化壳形成时期的剥蚀厚度和古风化壳的埋藏深度以及裂缝孔隙的充填特征。风化黏土层岩性致密,对油气的保存具有建设性作用;半风化岩层中部的孔缝连通体,既为油气运移的良好通道,也可作为油气聚集的有效储层。

北京密云元古宙常州沟组之下环斑花岗岩古风化壳岩石的发现及其碎屑锆石年龄

在北京密云地区,最近发现环斑花岗岩(脉)上发育有古风化壳,并被长城系常州沟组砂岩覆盖。风化壳物质的组成主要为来自环斑花岗岩的原地风化残留物和粗碎屑岩,采用SHRIMP和LA-ICP-MS方法,分别获得环斑花岗岩古风化壳碎屑岩的碎屑锆石U-Pb年龄值为(1682±20)Ma、(1708±6)Ma等,与相邻的密云环斑花岗岩年龄相同。这套古风化壳碎屑岩的存在和测年结果显示,长城系常州沟组的底界年龄应小于1682Ma。

英买力地区碳酸盐岩古风化壳油气聚集模式探讨

英买力地区碳酸盐岩基质孔隙度低、渗透性差,很难提供良好的储集空间,但由于其后期长期或多次出露地表遭受淋滤剥蚀和近地表岩溶作用,使碳酸盐岩中裂缝、溶蚀孔和溶蚀洞发育,形成了良好的古风化壳储层且主要分布在潜山顶面以下的风化壳带内。研究表明:来自库车坳陷丰富的湖相烃源岩油气,经大范围分布的古生界与中生界之间的不整合面提供的运移通道和下第三系与白垩系之间或侏罗系、三叠系砂岩疏导层向南运移,到达英买力地区碳酸盐岩古风化壳储层后,受到上覆白垩系卡普沙良群泥岩的封盖而聚集成藏。

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系古风化壳储集层的分形及灰色系统评价

应用表征孔缝储集性的定量参数———分维数,将奥陶系古风化壳马五1—马五4储集层裂缝分为7种组构类型,孔洞分为8种组构类型,计算了各组构类型的分维数。计算结果表明,裂缝组构类型中的网状缝、孔洞组构类型中的溶蚀孔洞的分维数最高,对油气储集最有利。从分维数平面分布特征来看,盆地中部地区裂缝、孔洞分维数均比东部高,在中部和东部之间存在一个南北向的分维数低值区,为区域岩性致密带。把分维数作为储集层评价的主要参数,结合渗透率、白云石和方解石饱和指数等资料,应用灰色系统判别决策方法,对鄂尔多斯盆地中东部古风化壳气藏的主要产层———马五31储集层进行了分区预测评价,认为陕9—陕117井区、陕100—陕109井区为有利储集层发育区,陕188—陕50井区、大保当地区为较有利储集层发育区。图2表4参4(马振芳摘)

黔北震旦系灯影组顶部古风化壳特征及油气意义

古风化壳对岩溶储层的形成及油气运聚成藏具有重要的意义。野外地质调查发现黔北震旦系灯影组顶部普遍发育一套黄褐色渣状粘土层,地球化学特征表现为MgO的淋失和SiO2、Al2O3、Fe2O3、Fe2O、P2O5、TiO2不同程度的相对富集,为震旦纪末桐湾运动所形成的古风化壳。该风化壳在不同相带发育程度不尽相同,造成了下伏岩溶储层的差异。台地边缘相区受后期构造抬升影响显著,原生孔隙发育,有利于大气水下渗,岩溶作用强,改善了下伏颗粒白云岩储层,形成了大量的溶蚀孔洞、粒内溶孔、粒间溶孔和裂溶缝;其他相区受岩溶作用改造弱,储层物性较差。因此,黔北隐伏的灯影组滩相-风化壳区应为下阶段油气勘探的重点区域。

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系顶部古风化壳特征及其与天然气富集的关系

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系顶部古风化壳具有６种识别标志：①长期沉积间断，奥陶系与石炭系之间为假整合接触；②古侵蚀面之上发育铁、铝质泥岩，古侵蚀面之下发育大气淡水溶蚀带；③发育水平岩溶带和岩溶角砾岩；④缝洞充填物中见石炭系孢粉化石及煤屑、砂质；⑤古侵蚀面上、下的泥质岩成分有较大差别，侵蚀面之上的主要为高岭石，侵蚀面之下的主要为伊利石；⑥古侵蚀面之下的测井曲线特征为低伽马、低时差、中高电阻率、中高密度值，古侵蚀面之上则与之相反。古风化壳自上而下可划分为氧化作用带和溶蚀作用带。古风化壳的展布特征为：①穿层分布；②厚度自西向东逐渐减薄；③铁铝质泥岩的分布受古岩溶地貌的控制；④主要发育在白云岩分布区。古风化壳与天然气成藏有着密切的联系：①多类型岩性组合是天然气成藏的必要条件；②铁铝岩类缺失带的两侧是天然气富集的有利地区。已在研究区的古风化壳上找到了我国陆上目前最大的天然气田———长庆气田。图３ 表１ （ 马振芳摘）

华北型煤田中奥陶统碳酸盐岩古风化壳天然隔水性能评价方法与应用

随着开采深度逐渐加大和下组煤逐步回采,华北型煤田的中奥陶统碳酸盐岩(局部寒武系)底板突水问题和浅部上组煤大批关闭煤矿老空水对下伏岩溶水的越流(串层)污染问题日趋严重。通过对山东兖州煤田中部矿区大量地质勘探资料的系统整理、统计与分析,从中奥陶统灰岩顶部古风化壳厚度、岩性特征、钻孔岩芯采取率、冲洗液消耗量、裂隙发育情况和充填压实程度、构造发育等多方面开展了其隔水性能的综合研究,建立了刻画其隔水性能的指标体系,运用GIS强大的数据管理与空间分析功能和信息融合技术,创建了面向GIS的信息融合型隔水性能评价方法——隔水性指数法,提出了古风化壳隔水性能评价的技术路线和具体工作程序,并进行了示范工程的实际应用。

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。

藏北羌塘盆地大规模古风化壳的发现及其意义

新的野外油气地质调查发现,在羌塘盆地中央隆起带及其两侧的南、北羌塘坳陷中,那底岗日组及其同沉积地层之下广泛发育了一古风化壳,古风化壳覆盖了石炭系、二叠系和前人已确定的三叠系肖茶卡组,具有区域性展布的特点。研究表明,不同地区古风化壳的形成时代不同:在南羌塘及中央隆起带上,风化剥蚀作用可能于晚二叠世就已开始,并经历了早、中三叠世的进一步演化;北羌塘地区的古风化壳形成时代可能为晚三叠世(或中三叠世),至晚三叠世肖茶卡组沉积期,形成了南北羌塘统一的古风化壳,并被那底岗日组及其同沉积地层超覆。这些新发现对于重新认识羌塘盆地的沉积演化、正确评价羌塘盆地的石油地质条件具有重要意义。

贵州西部地区“玄武岩-古风化壳沉积(堆积)型”铁矿成矿作用与成矿模式

在阐述了"玄武岩-古风化壳沉积(堆积)型"铁矿的成矿背景和成矿地质特征的基础上,讨论了铁矿的风化、剥蚀、搬运、沉积(堆积)、成岩后期变化、淋滤富集成矿作用,并将成矿过程划分为3期6个阶段,3期分别为:矿源层形成期、含铁岩系形成期、淋滤富集成矿期;6个阶段分别为:峨眉地幔柱上隆-玄武岩浆喷溢阶段、风化蚀顶-玄武岩古风化壳形成阶段、古风化壳沉积物堆积-迁移-沉积-含矿层形成阶段,地壳振荡性升降-暴露-含矿层风化淋滤阶段、含矿层次生富集成矿阶段、含矿层被覆盖保存阶段,从而建立了"玄武岩-古风化壳沉积(堆积)型"铁矿的成矿模式。

用同位素质谱技术发现山西古风化壳型稀土金属矿床

对山西石炭纪铝土矿中钐 (Sm )和钕 (Nd)元素含量的化学制备和同位素质谱稀释分析方法进行了详细探讨 ,采用固体同位素质谱技术发现了山西古风化壳型稀土金属矿床。可能总稀土的强富集是在本区形成风化壳吸附型轻稀土金属矿床的主要成因。研究结果表明 :在山西沁源大峪和平陆曹川的稀土含量达到风化壳吸附型轻稀土金属和稀土铝土矿矿床工业指标。山西古风化壳型稀土金属矿床是在华北地区首次发现的稀土金属矿床。

鄂尔多斯盆地北部古风化壳岩石—流体反应动力学模拟研究

古风化壳在油气储集、运聚中占重要地位，如华北、鄂尔多斯、塔里木盆地等地区重要油气藏的形成，与其碳酸盐岩顶部古风化壳密切相关。综合应用流体动力学、化学动力学及化学热力学理论，对古风化壳风化期岩石—流体相互作用过程动态模拟，重现古风化壳风化期流体动力场和化学动力场，从而达到定量预测古风化壳风化期物性参数（如孔隙度、渗透率等）变化的目的，最终为储层定量评价提供参数。岩石—流体反应动力学模拟是通过计算机对岩石与流体相互作用过程作一个动态再现。

华北克拉通北部14亿年前古风化壳的地球化学特征及古气候意义

最近在河北涞水紫石口剖面的中元古界铁岭组-下马岭组界线（～1400 Ma）附近，发现了一套保存完好的碳酸盐岩古风化壳。野外观测和岩石矿物学研究显示，该古风化壳的岩性以含褐铁矿的铁质泥岩和伊利石粘土岩为主。相对上地壳平均化学组分来说，古风化壳的主量元素氧化物中Al2 O3、TiO2、Fe2 O3和K2 O富集，SiO2轻微亏损，CaO、MgO和Na2 O强烈亏损；微量元素中Sc、Cu、Ga、Zr、Hf、Nb、Ta、In、Th、Li、V、Zn、Rb、Cs、W、Pb、U、Mo和Bi等化学性质稳定或易吸附于粘土中的元素含量接近上地壳平均化学组分值或呈不同程度富集，易溶元素Cr、Sr和Cd相对亏损；稀土元素全部富集，轻稀土元素与重稀土元素分异程度大，Ce正异常，Eu负异常。U/Th、Fe3＋/Fe2＋、Ce的正异常、化学蚀变指数与风化淋滤指数等多种指标都指示该古风化壳是在强氧化的中等到强烈的风化淋滤程度条件下形成。上述研究表明，在中元古代盖层纪（Calymmian Period，1600～1400 Ma）与延展纪（Ectasian Period，1400～1200 Ma）之交，剖面所在的华北克拉通北部应属于温暖湿润的热带-亚热带气候。

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。