火山岩风化壳储层发育模式及测井划分方法

近年来在准噶尔盆地火山岩顶部风化壳油气藏勘探获得重要发现,但是对风化壳储层结构特征认识不清,缺乏有效的测井划分方法。以准噶尔盆地中拐凸起石炭系为例,通过地质和测井资料对火山岩风化壳结构、响应机理及发育模式进行系统性分析,基于测井曲线响应特征建立风化壳指数模型,形成了一种火山岩风化壳储层结构的测井评价方法。为寻找风化壳优势储层及后期的试油射孔提供了参考,并取得了较好的应用效果,对后期火山岩风化壳油气藏勘探开发具有重要的指导意义。

琼东南盆地松南低凸起YA区花岗岩潜山风化壳储层特征及发育控制因素

为揭示琼东南盆地松南低凸起YA区花岗岩潜山型油气藏发育机理与成藏规模,运用岩心、物性、元素、磷灰石裂变径迹分析测试资料及测井-地震解释,研究了区内花岗岩潜山风化壳储层特征及发育控制因素、风化壳发育史及残余厚度分布。研究表明:YA区花岗岩系形成于印支期早三叠世,盆地基底在古新世—中新世经历多次构造抬升及沉降,风化壳分两期形成并得以保存,区内热带季风型古气候促进了花岗岩系化学风化作用。区域构造演化、古气候及岩石类型是控制区内古潜山风化壳发育的主要因素。风化壳发育程度存在显著差异性,区内古构造高点处的花岗岩风化壳残余厚度大。YA区花岗岩具有显著的钙碱性-碱性、准铝质-过铝质特征,属于易风化岩石类型。区内风化壳垂向上可分为残积-坡积层、砂化层、风化裂缝层、水平潜流层和基岩层。风化裂缝层是最有利储层,平均孔隙度为11.46%,平均渗透率为5.98×10^(-3)μm^(2),物性随深度增加逐渐变差。花岗岩风化壳在测井曲线上呈现高自然伽马值、高电阻率、低密度和高声波时差等特征,测井指标变化趋势与物性变化趋势基本吻合。地震波反射属性高异常程度与风化壳裂缝发育程度基本呈正相关规律。

大别山岳西主簿风化壳型稀土矿床黏土矿物特征分析

近年来安徽省围绕大别山中生代侵入岩风化壳型矿床开展了大量地质工作,发现了主簿、石关等一批风化壳型钾长石-稀土、稀土矿床,但矿床中稀土矿浸取率普遍偏低。本文通过主簿矿床成矿母岩、风化壳及黏土矿物特征的分析,探讨风化壳中黏土矿物特征对稀土元素富集的控制作用。

辽南地区红色风化壳发育空间差异对比研究

石英颗粒表面形态特征广泛应用于重建古气候与古环境的演变特征.基于野外调查,选取辽南地区拉树房和七顶山红色风化壳剖面作为研究区,利用扫描电镜对石英颗粒表面化学特征进行观察,并引用化学作用度函数,在定性描述的基础上进行定量研究.进一步明确两地红色风化壳在同一发育时期的气候差异.结果表明:拉树房剖面和七顶山剖面均以高能化学环境为主,处于中等化学风化阶段,发育环境为温暖湿润的气候条件,其中,拉树房剖面红色风化壳发育期间气候波动较大,七顶山剖面较稳定.距基岩120 cm处、距基岩80 cm处、距基岩40 cm处的溶蚀及沉淀特征发育程度总体上呈递减趋势.分析化学作用度、环境颗粒百分比以及化学蚀变指数,三者的变化趋势呈现出很好的同步性,符合风化壳发育前锋理论.

低程度风化火山岩风化壳结构划分与主控因素——以准噶尔盆地西缘车排子凸起石炭系火山岩为例

为解决低风化程度的火山岩风化壳结构划分及火山岩油气储层评价与预测的难题,利用研究区28口井岩心、录井测井和地震资料,对车排子凸起石炭系火山岩风化壳的岩石学、矿物学、地球化学、储层物性进行系统研究。结果表明:研究区岩石整体风化程度偏低。在此基础上提出一种将风化壳自上而下分为土壤带、水解带、淋滤带、崩解带、蚀变带、母岩带的6层划分方案。利用研究区玄武安山岩的自然电位、自然伽马、声波、电阻率4种测井数据,结合过采样算法的决策树模型对淋滤带、崩解带、蚀变带进行分类判别,准确率达87.8%。综合分析认为:低风化程度火山岩风化壳有效储层厚度、结构带发育程度、横纵向分布等具有非均质性;有利储层发育主要受古地貌和断裂作用的控制,淋滤带、崩解带是主要有利储层发育区,常分布于古地貌的斜坡地带,一般厚度在350 m以内;受断裂作用影响,风化壳有效储层厚度可达450 m。

便携式XRF对西南喀斯特地区碳酸盐岩风化壳土壤分析适用性评估

应用便携式X射线荧光光谱仪(pXRF)分析了西南喀斯特地区碳酸盐岩风化壳土壤,并与实验室(LAB)分析结果对比,判定了20种元素分析结果的质量等级,探究了检测时长和粒径对精密度的影响,在pXRF中构建了碳酸盐岩风化壳土壤模式,评估了pXRF对该类土壤分析的适用性。主要结果为:1)整体上,pXRF对碳酸盐岩风化壳土壤有较好的分析能力;2)检测时长为120 s时能够兼顾精密度与检测效率;3)粒径从10目减小到200目时,Cu、Nb、Ba、Ce和Th的数据质量等级得到提高,其余15种元素不受影响;4)碳酸盐岩风化壳土壤模式显著提高了pXRF对同类土壤的分析能力,但对碎屑岩和玄武岩的风化壳土壤适用性低。西南喀斯特地区土壤类型丰富,异质性大,单一检测模式难以满足多样化的分析工作,亟需针对特定类型土壤构建检测模式,提高分析精确度,充分发挥pXRF的优越性能,助力西南喀斯特地区土壤地球化学分析工作。同时,本文还为优化pXRF分析能力提供了一种新思路。

东营凹陷北带基岩风化壳储层发育特征及控制因素

东营凹陷北带西段王庄潜山油藏的发现,揭示了太古宙基岩储层极大的油气勘探潜力。本文基于露头、岩心、薄片、测井、成像测井、孔渗数据以及试油资料,对东营凹陷北带太古宙基岩风化壳储层发育特征进行了总结,对其主控因素进行了深入探索,取得了以下主要认识:(1)太古宙基岩主要为二长花岗岩和花岗闪长岩,局部发育花岗片麻岩,岩石脆性较强,容易产生裂缝,具备形成优质储层的岩性基础。(2)基岩风化壳储层纵向上可划分为崩解型储层、溶蚀崩解型储层以及残积崩解型储层三类。(3)崩解型储层主要以构造缝、溶蚀缝和节理缝为主,储层物性较差,平均孔隙度为2.2%,平均渗透率为0.25 mD,主要分布在构造高部位;溶蚀崩解型储层表现为明显的双层结构,上覆溶蚀层发育厚度为50~150 m,储层物性好,平均孔隙度为4.7%,平均渗透率为1.3 mD,储集空间以溶蚀孔、溶蚀增强缝为主,下伏的崩解层物性差,储集空间以裂缝为主,主要分布在构造中低部位;残积崩解型储层表现为上薄下厚特点,上覆残积层厚度分布在10~43 m,岩体松散破碎,储集空间以溶蚀孔为主,平均孔隙度为4.5%,平均渗透率为1.7 mD,下伏崩解层致密,块状结构明显,储集空间以各种成因的裂缝为主,主要分布在研究区临近构造高部位的缓坡带。(4)基岩风化壳储层物性及分布主要受控于4个因素:富含高脆性矿物含量的岩石影响裂缝的发育程度,构造应力控制裂缝的形成及产状分布,发达的断裂体系加速了基岩风化壳有效储层的形成,古海拔高程最终控制了基岩风化壳储层分布。研究成果对于东营凹陷以及其他断陷盆地基岩风化壳储层评价和油气勘探具有重要的借鉴意义。

海南澄迈地区风化壳型钽铌矿的发现及找矿意义

铌、钽具有较好的耐高温、耐腐蚀、耐磨损性能等优点,是精尖科技领域中急需的战略性关键矿产资源(翟明国等,2019)。铌钽矿床主要类型有花岗岩型、伟晶岩型、碱性岩—碳酸盐岩型、热液型以及经风化沉积作用形成的风化壳型、残积型等(王汾连等,2012;孙金龙和赵迪,2023;伍月,2023)。

风化壳型稀土矿床中稀土元素的活化与迁移

稀土元素(REE)广泛应用于新能源、国防军工等高科技产业中,是一类战略性关键矿产资源。风化壳型稀土矿床是中国最具竞争优势的稀土资源,其供应了全球90%以上的重稀土。阐明这类稀土矿床的成矿机制,可为寻找和高效开采利用该类稀土资源提供理论支持。文章以稀土元素的活化和迁移这两个关键过程为切入点,总结近年来取得的最新研究成果,并对未来的研究方向提出展望。该类矿床主要发育于富稀土花岗岩类的风化壳中,其中稀土配分模式主要受基岩控制。花岗岩类风化壳的形成以化学风化和生物风化作用为主。长石、云母和角闪石等主要造岩矿物风化形成的黏土矿物和铁锰氧化物是该类矿床中离子态稀土的主要赋存载体。而离子态稀土则来源于基岩中易风化和中等抗风化(含)稀土副矿物的风化和分解。此外,微生物分泌的有机酸等代谢产物可以促进难风化的独居石和磷钇矿等副矿物的风化和分解,加速稀土元素活化-迁移。与此同时,微生物作用还会导致轻稀土和重稀土的显著分异,其中革兰氏阳性细菌对重稀土的选择性显著高于轻稀土。在风化淋积过程中,稀土元素的络合离子可能是风化壳中稀土迁移的主要形式,主要受pH值、次生矿物形成和络合环境影响。值得注意的是,除了F^(-)和CO_(3)^(2-)等无机配体,有机质也可以直接与稀土离子络合或螯合,充当有机配体促进稀土的运移。因此,风化壳型稀土矿床中稀土元素的活化和迁移机制主要受化学风化和生物风化过程控制,是无机和有机共同作用的结果,但其对该类矿床形成的贡献尚待定量评估。

基于草酸沉淀稀土母液直接复用工艺的风化壳淋积型稀土矿浸取

为解决草酸沉淀稀土母液复用浸矿工艺无法在禁止使用强酸强碱的矿区开展这一问题,优化了稀土沉淀工艺以减少母液中残留草酸,探索了母液中草酸对稀土浸出过程的影响,从而实现沉淀母液直接复用浸矿,并对其动力学模型和传质过程进行分析。结果表明:优化工艺条件为草酸与稀土的摩尔比(M_(o)∶M_(r))为3.5,草酸质量分数为5%,搅拌速率为300 r/min,陈化时间为8 h,此时,沉淀母液中残留草酸浓度为0.0025 mol/L,低于0.0063 mol/L,可直接用于稀土浸取过程,稀土浸出率达90%以上,表明优化工艺条件下可实现沉淀母液直接复用;草酸沉淀稀土母液直接复用工艺中稀土的浸出过程受内扩散动力学控制,浸取温度的升高有利于稀土的浸取传质过程。

江西龙南花岗岩风化壳形成和演化的铀系不平衡约束

花岗岩风化壳在我国华南地区广泛分布,其形成和演化对地貌、生态环境和矿产资源等具有重要影响。作为风化壳最基本的参数之一,生成速率是理解风化壳形成和演化的关键因子。铀系不平衡法是当前广泛应用于确定风化壳生成速率的重要地球化学手段,由于稀释剂获取困难,我国开展的研究较少。本研究以江西龙南花岗岩风化壳剖面为研究对象,开展铀系不平衡研究以确定其生成速率。研究结果显示:风化壳剖面中U和Th的含量范围分别为(3.25~3.39)×10^(-6)和(41.46~47.67)×10^(-6);活度比(^(234)U/238U)a、(^(230)Th/^(234)U)a和(^(230)Th/^(232)Th)a范围分别为1.008~1.023、1.063~1.112和0.239~0.271。通过铀系不平衡法对铀系同位素进行拟合后得到风化壳20~120 cm区域的演化时间约为841 ka,据此确定风化壳的生成速率约为1.2 m/Ma。本研究中,控制风化壳生成速率的因素主要是表层覆盖,气候和构造的影响很小。此外,由于风化壳的生成速率远低于宇宙成因核素确定的剥蚀速率,因此风化壳的演化状态为厚度逐渐减小的非稳态。

云南大理峨眉山玄武岩风化壳中发现钪(Sc)异常富集

钪(Sc)及其化合物性能优异,在我国科技军事等领域得到广泛应用,被列为我国战略性矿产。在云南大理峨眉山玄武岩风化壳中发现Sc异常富集,其平均含量为43.7μg/g,相当于钪氧化物(Sc_(2)O_(3))含量为67.01μg/g,其中玄武岩风化形成的红褐色黏土层中Sc_(2)O_(3)含量更高,平均值为81.31μg/g,达到独立钪矿品位。对Sc富集机理初步分析发现,来自母岩的Sc在风化过程中因迁移能力较低,在风化产物中相对富集。峨眉山玄武岩在云、贵、川分布广泛,玄武岩风化壳是潜在的Sc矿找矿方向。

稀土稳定同位素分析方法及在风化壳淋积型稀土矿研究中的应用展望

稀土元素因其特殊的化学性质和在地球科学研究中的重要价值而受到广泛关注。随着化学纯化方法的发展和质谱测定技术的提高,国内外对稀土稳定同位素体系开展了一系列探索。近年来,逐渐发展起来的稳定Ce和Nd同位素分析方法,为表生地质过程、氧化还原环境示踪以及生态环境演变等方面的研究提供了新的手段,也将为研究稀土矿提供直接证据。本文先系统介绍了稀土元素及其同位素体系的地球化学特征,总结稀土稳定同位素分析方法的发展历程与研究现状,并对其未来可能突破的方向进行评述。在此基础上,对稀土稳定同位素在风化壳淋积型稀土矿床研究中的应用前景进行了展望,指出稀土稳定同位素地球化学手段是深入了解风化壳淋积型稀土矿床形成过程与控矿机制的良好指标,其与稀土元素地球化学指标相结合有望在稀土矿化过程与机制方面取得新的认识。

乙酸铵助浸风化壳淋积型稀土矿过程研究

针对目前风化壳淋积型稀土矿浸出过程中稀土浸出率低、中重稀土浸出效果差、稀土浸出液中杂质铝含量高以及浸取过程中黏土矿物膨胀率高等系列问题,采用0.20 mol/L硫酸铵为浸取剂,乙酸铵为助浸剂,探究乙酸铵对稀土浸出过程及黏土矿物膨胀性能的协同作用。结果表明:乙酸铵最佳助浸浓度为0.04 mol/L,此时稀土浸出率提高了4.81%,杂质铝的浸出率减小了48.66%,稀土总浓度提高了45.18μg/g,其中轻稀土浓度减小了27.26μg/g,中重稀土增加了72.44μg/g,表明乙酸铵强化了中重稀土的浸出。同时,乙酸铵浓度为0.04 mol/L时黏土矿物膨胀率为2.951%,相对硫酸铵作为单一浸取剂时膨胀率降低了1.298%。随乙酸铵助浸剂浓度的变化,稀土浸出率与Zeta电位变化成正比,黏土矿物膨胀率与Zeta电位变化呈反比,当乙酸铵浓度为0.04 mol/L时,黏土矿物表面Zeta电位为-18.26 mV。对于淋浸尾矿,添加乙酸铵后的尾矿则有较好的防膨性能,膨胀率仅为2.054%。本研究对风化壳淋积型稀土矿的稀土原地高效浸出提供了一定的有益指导。

武夷-云开造山带早古生代镁铁-超镁铁质岩富钪风化壳的首次发现及其意义

本文首次报道华南古生代武夷-云开造山带东南缘的兰排镁铁-超镁铁质岩体富钪(Sc)风化壳,初步计算获得区域内钪的潜在资源为524~566 t,为一潜在大型风化壳型钪矿。兰排岩体呈小型岩株侵入到永和闪长质岩体内,主要由橄榄岩、辉石岩和辉长岩组成,辉石岩锆石^(206)Pb/^(238)U年龄为(428.3±2.0)Ma(MSWD=0.92)。镁铁-超镁铁质岩全岩w(TFe_(2)O_(3))为12.1%~18.7%,其中辉石岩钪含量为44×10^(–6)~97×10^(–6),总体高于橄榄岩(20×10^(–6)~89×10^(–6))和辉长岩(28×10^(–6)~48×10^(–6))。兰排这类富钪岩石组合与以往认为富钪的碳酸岩-碱性岩体和阿拉斯加型岩体都存在较大差异,可能代表了一种新的钪成矿母岩类型,推测碰撞后陆内伸展诱发富钪地幔源区熔融可能是富钪母岩浆形成的重要机制。镁铁-超镁铁质岩体上部发育完整的风化壳剖面,可分为全风化层和半风化层。全风化层的上部富集铁(氢)氧化物(磁铁矿、赤铁矿、针铁矿),而中下部以高岭石等黏土矿物为主。半风化层除了包含蒙脱石等黏土矿物,还包括铁钛氧化物及辉石等硅酸盐矿物或相关蚀变矿物。风化壳样品的Sc含量为21×10^(–6)~304×10^(–6),富集程度最高可达相应基岩的3倍以上。其中,钪含量最高的样品主要分布在铁氧化物最富集的全风化层上部,其钪含量多数超过100×10^(–6)。风化壳钪含量与红土化指数(IOL)呈明显的正相关性,表明红土化过程对风化壳钪的富集有显著影响。初步研究认为钪在风化壳红土化过程中经历了活化-迁移-沉淀的多阶段富集过程:1)风化早期钪以类质同象替换的形式赋存在蒙脱石等黏土矿物中;2)风化后期磁铁矿和蒙脱石溶解,钪赋存在以铁(氢)氧化物为主的矿物中,并达到最高程度的富集(Sc>100×10^(–6));3)风化晚期铁(氢)氧化物溶解,一部分钪向下迁移到特定层位。兰排镁铁-超镁铁质岩体富钪风化壳的发现弥补了我国高品位风化壳型钪矿床的空白,丰富了成矿母岩的类型,为华南早古生代成矿作用的理论研究和战略性矿产的找矿勘查提供了一个新的方向。

鄂尔多斯盆地南缘奥陶系顶部碳酸盐岩风化壳特征及其成因机制

在加里东期构造作用下,鄂尔多斯盆地中晚奥陶世整体抬升,直至晚石炭世再次接受沉积,期间经历了近1.5×108年的风化剥蚀,发育对天然气聚集具有重要意义的奥陶系碳酸盐岩风化壳。文中选取鄂尔多斯盆地南缘1口典型井,依据矿物成分、主微量元素和测井响应特征分析该套风化壳的垂向结构、风化蚀变程度和古气候环境,进而复原其形成过程并探讨相关保存机制。研究结果表明:(1)风化壳自上而下可分为风化残积层、强风化带、弱风化带和基岩层,整体风化程度较强,各层段的测井响应特征均十分显著。(2)在该风化壳剖面中,TiO_(2)、Al_(2)O_(3)和Fe_(2)O_(3)富集,SiO_(2)轻微亏损,Ca、Mg和Na较强亏损。(3)根据古纬度数据,结合相关地球化学指标,认为鄂尔多斯盆地南缘晚古生代发育海陆过渡相沉积,风化壳形成时的年平均气温为28.15℃,处于潮湿—半干旱的环境,属热带—亚热带气候。(4)风化壳各层段裂缝普遍发育,表明鄂尔多斯盆地南部地区存在岩溶裂缝-洞穴系统,虽后期因地貌高差影响导致风化壳各结构层厚度不一,但在地势较为平缓地区,风化壳结构层的保存机率更大,因而是后期风化壳气藏勘探的有利场所。上述结果可为今后鄂尔多斯盆地马家沟组岩溶风化壳型油气藏和本溪组含铝岩系的勘探提供一定的借鉴。

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。

海南岛火山岩砖红壤铁质风化壳主量元素特征

通过对海南岛西北部火山岩砖红壤铁质风化壳剖面样品进行主量元素含量检测及风化特征指数、迁移系数计算,揭示海南岛火山岩砖红壤铁质风化壳的主量元素分布、风化强度和迁移特征。结果表明:风化壳主量元素以Fe_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)、SiO_(2)为主,K、Na、Ca、Mg等易溶组分含量较低;Fe_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)富集,SiO_(2)淋失,符合热带地区风化特征。风化层的化学蚀变指数(CIA)高达95%以上,铁铝率(Fe_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3))上升,莫耳比率(BA)较低,硅铁铝率(SiO_(2)/R_(2)O_(3))、BA下降。以Zr为参比元素,Fe_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)迁移系数大于1,最大可达4.039;Na_(2)O、K_(2)O、CaO、MgO、SiO_(2)迁移系数小于1,可低至-0.998。研究认为,海南岛西北部火山岩砖红壤铁质风化壳表现为典型的脱硅富铁,铁元素强烈富集,其他元素淋失明显,且铁、铝元素发生了的分异,是比较成熟的风化壳。

贵州纳雍峨眉山玄武岩风化壳关键金属元素富集特征

关键矿产作为现代社会科技、军工、新材料的急需矿产之一,被国际社会所重视。近期在纳雍峨眉山玄武岩风化壳中发现关键金属元素异常富集。本研究以纳雍县两个典型的二叠系峨眉山玄武岩风化壳剖面为研究对象,通过对玄武岩和其风化壳中的地层结构、岩性、关键金属元素丰度分别分析,结合其所含矿物和其所处区域地质背景进行讨论,探讨玄武岩风化壳中关键金属元素的富集特征及影响因素,旨在理清风化壳中的部分关键金属元素在玄武岩风化过程中的迁移富集规律,为玄武岩风化壳中找矿提供理论支撑。

风化壳淋积型稀土矿中主要矿物对NH_(4)^(+)的吸附行为和机理研究

为了高效洗脱风化壳淋积型稀土矿残留铵盐,研究了风化壳淋积型稀土矿中主要粘土矿物(蒙脱土、埃洛石、伊利石、高岭土)、石英、云母、长石对NH_(4)^(+)的吸附行为和机理。结果表明,蒙脱土、埃洛石、伊利石、高岭土、石英、云母、长石及稀土矿对NH_(4)^(+)的吸附属于单分子层吸附,符合Langmuir等温吸附模型,对NH_(4)^(+)的最大吸附量分别为4.1 mg·g^(-1)、1.5 mg·g^(-1)、0.9 mg·g^(-1)、0.3 mg·g^(-1)、0.1 mg·g^(-1)、0.1 mg·g^(-1)、0.2 mg·g^(-1)、3.4 mg·g^(-1);粘土矿物对NH_(4)^(+)的吸附亲和力大小顺序为:蒙脱土>埃洛石>伊利石>高岭土;石英、云母、长石对NH_(4)^(+)的吸附是一个快速吸附过程,在50 min内可达到吸附平衡;蒙脱土、埃洛石、伊利石、高岭土、石英、云母、长石对NH_(4)^(+)吸附的最佳pH值分别为8、6、7、6、7、5、5。