超高压变质作用过程中的流体岩石相互作用——中国大陆科学钻探工程主孔(0～2050m)岩心的氧同位素证据

中国大陆科学钻探工程主孔位于苏鲁超高压变质带南部的东海地区。该钻孔 0～ 2 0 5 0m井段钻遇的岩石主要是榴辉岩、正片麻岩、副片麻岩和石榴石橄榄岩。激光原位氧同位素研究表明 ,变质矿物的δ18O值具有显著的不均一性 ,从 - 6 .8‰变化至 + 7.5‰。空间上看 ,从近地表至 10 0 0m深度δ18O值逐渐降低 ,向更深处又逐渐升高。位于钻孔 110 0～ 16 0 0m深度之间的正片麻岩是新元古代花岗岩体 ,该岩体的侵入为表壳岩与低氧同位素大气降水之间的水岩交换作用提供了热源 ,并导致岩体附近的围岩发生了最强烈的水岩蚀变 ,因此具有极低的氧同位素值。研究还显示 ,在厘米尺度内 ,大多数超高压变质矿物之间具有平衡的氧同位素组成 ,所获得的超高压峰期变质温度为 70 0～ 882℃ ,与矿物之间的主元素交换温度计获得的结果基本相同。超高压变形与变质分异、高压退变质作用及其伴生的局部流体活动可能是造成超高压变质矿物氧同位素不平衡的主要原因。研究进一步证明 ,超高压变质岩原岩的异常低氧同位素特征在大陆板块的俯冲与折返过程中得以较好保存 ,在超高压变质前期、同期和后期均没有大规模的透入性流体活动发生。与围岩呈构造接触关系的石榴石橄榄岩具有正常地幔岩的氧同位素成分 。

麻粒岩相变质流体和流体岩石相互作用

麻粒岩作为下部地壳岩石的重要组成部分，是高温高压条件下的变质产物。变质流体是麻粒岩相变质过程的主要动力学因素之一。麻粒岩相变质流体成分以ＣＯ２为主，含有少量的Ｈ２Ｏ，ＣＨ４，Ｎ２和Ｈ２Ｓ等，具有高密度、低水活度、强还原弱氧化、低氧逸度和弱酸性的物理化学性质。麻粒岩的形成和大离子亲石元素的亏损均与流体岩石相互作用有关。稳定同位素的变化记录了麻粒岩相变质过程流体岩石相互作用的规模和范围。来源于地幔的富ＣＯ２流体的干化作用是麻粒岩形成的主要机制。角闪岩相到麻粒岩相的转变过程也是流体性质发生变化的过程。角闪岩相的流体成分以Ｈ２Ｏ为主，而麻粒岩相则以ＣＯ２为主。流体成分的变化也能导致变质相的转变。因此，流体是变质相转变的重要控制因素，直接影响和控制变质相的转变，应成为变质相划分的重要因素之一。

地质流体岩石反应的地球化学动力学方法

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。

碎屑储集岩成岩演化过程中流体—岩石相互作用特征——以塔里木盆地西南坳陷地区为例

塔西南坳陷不同时代碎屑储集岩成岩环境经历了由酸性向碱性演变的过程,成岩环境地球化学性质的这种转变直接控制了发生在碎屑岩成岩体系中的流体—岩石相互作用特征。酸性成岩环境形成于烃源岩—储集岩系统中有机—无机反应最活跃时期,主要分布在早成岩阶段A、B期和晚成岩阶段A期,当古地温小于90℃,Ro值在<0.5%～1.3%之间,酸性的孔隙介质与骨架颗粒之间主要发生蚀变、溶解和氧化硅沉淀作用。当古地温达到90℃以上,Ro值在1.3%～>2%时,有机质脱羧基停止,有机酸发生分解,CO2来源减小,使孔隙流体性质由酸性向碱性变化,成岩环境呈碱性,这时晚期含铁碳酸盐矿物交代作用最为活跃,同时伴随自生伊利石和绿泥石沉淀、陆源伊利石重结晶成绢云母、高岭石向伊利石或绿泥石转变等作用。成岩环境在其演化过程中,由于孔隙流体性质的转变,破坏了早期成岩环境的物理化学平衡状态,使旧的成岩反应停止,新的成岩反应开始,从而形成多种矿物蚀变→交代→溶解→沉淀过程,导致碎屑储集岩结构和孔隙组合特征上的差异,流体-岩石相互作用的强度和范围决定了碎屑储集岩的储集性能及分布特征。

储层流体及其在岩石孔隙中的核磁共振弛豫温度特性

温度是影响核磁共振弛豫的一个因素。目前国内各实验室所做的核磁共振实验测量大都局限在室温下,实验温度与地下储集层温度有很大差别,因此有必要研究温度对流体及饱和流体岩石的核磁共振弛豫的影响,提高核磁共振测井资料评价精度。本文选取自由水、不同粘度脱气原油、饱和水以及饱和变压器油的储层贝瑞砂岩和储层碳酸盐岩样品进行核磁共振变温实验,测量温度从25℃变化到90℃。结果表明:自由水和原油的核磁共振横向弛豫时间(T2)都随温度的升高而增大。温度对饱和水贝瑞砂岩和碳酸盐岩核磁共振弛豫的影响不同,饱和水贝瑞砂岩核磁共振横向弛豫时间随温度升高而减小,而饱和水碳酸盐岩横向弛豫时间随温度升高而增大。无论是饱和油的贝瑞砂岩或是饱和油的碳酸盐岩,其核磁共振横向弛豫时间都随温度升高而增大。温度对核磁共振弛豫的影响,会造成室温下得到的横向弛豫时间截止值(T2cutoff)与储层温度下的实际值有偏差,影响储层束缚水饱和度和渗透率的计算结果,建议在核磁共振测井资料解释及应用时应考虑温度的影响。

东营凹陷下第三系流体—岩石相互作用研究

盆地内地层流体—岩石相互作用导致储层特征和流体性质发生变化 ,影响油气藏的形成与分布。本文分析了东营凹陷下第三系地层孔隙流体的化学和动力学特征及其分布规律 ,根据地层中矿物的组成和结构特征对成岩过程中地层古流体的地球化学特征进行了推测。并通过对典型油田泥岩层和砂岩层中矿物组合及其在地层剖面上的变化规律的实例剖析 ,揭示了东营凹陷下第三系储层中流体—岩石相互作用的基本特点 ,在此基础上 ,建立储层中流体—岩石相互作用的地质 /地球化学模型。

咸化湖盆储集层中咸水流体与岩石矿物相互作用实验模拟研究

柴达木盆地西部南区新生界主要为咸化湖盆沉积,近年来该领域的油气勘探取得了重大突破。前人研究认为咸化环境提高了烃类转化率对生烃有利,其对储集层的控制作用尚待进一步明确。通过高温高压实验模拟了地层条件下成岩流体与岩石矿物之间的物理化学变化,进而研究咸化环境对储集层的影响。通过对实验前、后岩石样品的物性分析和毛管压力测试表明,咸化环境对储集层总体上具有不利影响。其机理为:1盐类矿物的沉淀占据了部分粒间孔和使喉道变细或堵塞;2成岩流体中富含的部分阳离子抑制了溶蚀作用不利于次生溶蚀孔隙形成;3成岩流体中含有的大量钾离子为蒙皂石和伊蒙混层向伊利石转化提供了物质条件,且钾离子浓度越高生成的伊利石越纤细,更易堵塞喉道从而降低岩石的渗透性。

松辽盆地地层水化学特征及其流体—岩石相互作用探讨

地层水化学的空间分布特征研究是追踪流体运移及油气运移、聚集的重要手段之一。通过对松辽盆地水化学测试数据的分析,阐明了该盆地水化学特征的空间分布规律及其所反映的流体-岩石相互作用过程,指出水化学的时间演化特征受流体-岩石相互作用的控制。再通过研究水化学中C l--HCO3-和N a+-K+-Ca2+的关系进一步阐明了该盆地地层水早期为富含HCO3-的低盐度流体,含钠矿物(N aC l)与碳酸盐矿物的溶解作用导致了流体中各种离子及流体盐度的增高,随后的钠长石化作用导致流体中Ca2+的富集与N a+的亏损,形成了CaC l2型流体。最后指出松辽盆地水化学特征所反映的流体-岩石相互作用过程得到了其它地质观察的证明,认为地层水化学可以示踪流体-岩石相互作用过程,有广泛的用途。

超高压变质作用过程中的流体——来自苏鲁超高压变质岩岩石学、氧同位素和流体包裹体研究的限定

苏鲁造山带超高压变质岩岩石学、氧同位素、流体包裹体和名义上无水矿物的研究表明,流体．岩石相互作用在大陆地壳的俯冲与折返过程中起到多重的重要作用,并形成了复杂的流体演化过程:(1)大陆表壳岩通过与高纬度大气降水的交换作用被广泛水化,并获得了异常低的氧同位素成分;(2)在水化陆壳物质的俯冲过程中发生了一系列的进变质脱水反应,所释放的流体主要结合进了高压、超高压含水矿物和名义上无水超高压矿物;(3)在超高压变质过程中,以水为主的变质流体通过选择性的吸收使其盐度逐渐升高,并在峰期出现高密度、高盐度的H2O或CO2-H2O流体。有机质的分解反应在局部形成了以CO2、N2、CH4或它们的混合物为主要成分的变质流体;(4)名义上无水超高压矿物的结构水出溶是早期退变质流体的主要来源,并在局部富集形成了高压变质脉体;(5)透入性的中、低盐度水流体活动使超高压变质岩通过一系列的水化反应转变成角闪岩相变质岩;(6)沿韧性剪切带和脆性破碎带的强烈水流体活动为绿片岩相退变质作用和低压石英脉的形成提供了变质流体;(7)可变盐度的H2O或CO2-H2O流体是整个超高压变质岩形成与折返过程中的主要流体,但局部的流体-岩石相互作用形成了非极性的变质流体。

剪切带中矿化与非矿化地段流体——岩石相互作用差异性研究

以河南西峡石板沟金矿为例 ,选择了一条控矿剪切带 ,对其中成矿地段的近矿蚀变岩和非成矿地段糜棱岩进行了系统的采样 ,探讨了二者在流体 -岩石反应及岩石质量平衡之间的差异性。研究表明 ,剪切带中矿化地段蚀变岩其岩石体积总是扩容的 ,非矿化地段糜棱岩在变形过程中体积是损失的。矿化地段蚀变岩活性元素 ( K、Na、Si)总体呈被带入趋势 ,非矿化地段糜棱岩活性元素总体呈迁出趋势 ,糜棱岩的流体岩石率 ( Nu 为 93.68— 468.40 )远大于蚀变岩的流体岩石率 ( N cs( ) 为 36.1 1 - 2 1 6.67) ,剪切带中常量元素与微量元素富集与损失是渗透性流体带入、带出 ,岩石的体积损失与扩容综合作用的结果。

松辽盆地十屋断陷流体-岩石相互作用

根据松辽盆地十屋断陷199个水化学分析测试数据,探讨该区地层水化学特征所反映的成岩作用过程,以揭示水化学特征的分布以及演化过程,示踪流体-岩石相互作用过程.水化学的空间分布特征受流体动力场控制:大气降水沿盆地的边缘及断层复杂的中央隆起带下渗,导致该地区盐度降低(小于4.5g/L),向盆地中心盐度逐渐增加到7～10g/L;垂向明显分为3个带:自由交替带(0～1250m深度)为NaHCO3型流体,交替阻滞带(1250～1650m深度)为Na2SO4型流体,交替停滞带(深于1650m)为CaCl2型流体.水化学的时间演化过程受流体-岩石相互作用的控制:地层水中Cl-与HCO3-和Na++K+与Ca2+的关系表明,地层水早期为富含HCO3-的低盐度流体,含钠矿物与碳酸盐矿物的溶解导致了流体中各种离子及盐度的增高,随后的钠长石化作用导致流体中富集Ca2+而Na+亏损,形成CaCl2型流体.十屋断陷水化学特征所反映的流体-岩石相互作用过程得到了其它地质观察的佐证.

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。

流体-岩石相互作用定量模拟技术新进展

成岩体是指在埋藏成岩作用过程中形成的、内部具有成因联系的、不同规模尺度的地质体。从多尺度成岩体研究入手,阐明成岩体中控制流体-岩石相互作用的热力学和动力学条件,揭示流体-岩石相互作用机制,提出以成岩相为核心的多尺度成岩体划分方案,进而归纳总结了成岩体系域、成岩体系、成岩相和成岩亚相不同尺度成岩体的流体-岩石相互作用研究新进展。从单相/多相流体和单矿物/多矿物相互作用角度,将流体-岩石定量模拟划分为长石-流体相互作用定量模拟、石英-流体相互作用定量模拟、多矿物-流体相互作用定量模拟和多相多组分流体-岩石相互作用定量模拟。今后拟重点开展的研究有:层序地层格架/沉积相带框架下不同成岩体内的流体-岩石相互作用研究,陆相断陷盆地内与深大断裂、断裂输导有关的流体-岩石相互作用研究,煤系地层背景下致密储层中有机酸流体-岩石相互作用研究,咸化湖盆储集层中流体-岩石相互作用研究,以及中、新生界碎屑岩风化壳内流体-岩石相互作用研究等。

豫西前河构造蚀变岩型金矿成矿过程中的流体-岩石反应

前河金矿区位于华北地台南缘,赋存在中元古界熊耳群安山岩和英安岩中,矿体受断裂破碎带控制。含矿热液在迁移过程中与围岩发生了广泛的流体-岩石反应而引起热液蚀变。本区石英中有4种类型的流体包裹体,均一温度范围为145～331℃,其中含CO2包裹体的完全均一温度主要分布在中-高温区。成矿流体的密度和压力变化范围分别是0.68～0.94g/cm3和(367.01～896.55)×105Pa。金大量沉淀成矿时的流体特征为:温度213～260℃、密度0.80～0.89g/cm3和压力(502.86～710.57)×105Pa。流体相为SO42->Na+>Cl->K+型,CO2/H2O比值及N2、H2S、Ar、C2H6等挥发分的含量明显增高,f(CO2)、f(H2S)、f(CH4)和Eh值增大;f(O2)、f(H2O)和pH值减小。在青磐岩化安山岩的基础上发生的流体-岩石反应是造成本矿床金沉淀成矿的最主要原因。

湘赣边中新生代走滑断裂带的流体-岩石相互作用──以长寿街-双牌断裂和遂川-热水断裂为例

湘赣边地区自晚三叠世开始进入了全新的陆内走滑造山作用阶段，并经历了从会聚走滑向离散走滑的构造性质转换，野外地质调查、显微构造研究、流体包裹体和构造岩岩石化学分析资料均表明，走滑断裂带内有大量的流体活动，且不同变形时期及同一变形期不同变形环境的流体作用及其形成的主要构造特征均有很大差异，对变形岩石的成分变异和体积变化计算结果显示，走得变形过程中的流体（质量）／岩石（体积）比率可达105g／m3量级，这种大规模的流体活动对区域热液铀成矿具有重要的作用.

流体饱和岩石超声速度频散的特性研究

给出在实验超声频率下储层砂岩样品“局部流”模型理论频散、Biot理论频散与实验总频散的定量关系。在低压情况下 ,实验总频散与Biot理论频散差异较大 ,Biot理论频散不足以解释实际频散结果 ;而作者所用“局部流”模型理论频散 (已包括Biot理论频散 )与实际结果符合较好 ;压力较高时 ,“局部流”模型频散以及总频散均会下降 ,这时Biot理论可以解释流体饱和速度变化。孔隙度较大样品在加压的过程中会出现主导频散机制的转换。造成以上现象的根本原因是 ,岩石中低面率塑性孔隙随压力的变化 ,而孔隙刚度的差异是“局部流”作用存在的基础。研究了不同孔隙流体对岩石速度频散的影响。流体粘度增加 ,实验总频散与“局部流”模型频散均有较大增加 ,而Biot理论频散变化不大。流体的粘度 ,以及岩石的渗透率在两种频散机制中所起的作用是相反的。

块裂介质岩石流体力学研究新进展

概括地介绍了我们在块裂介质岩石流体力学方面近年来所作的研究工作，内容包括：（1）岩体裂缝二维、三维分布分形规律及分形仿真方法；（2）三维应力作用下，气体、液体、气液二相流体沿裂缝的渗流物性规律；（3）二维、三维块裂介质固液、因气耦合数学模型及其数值解法；（4）承压水上采煤的理论与实践．

流体-岩石相互作用过程中氧同位素交换地球化学动力学评述

氧同位素研究对于示踪流体 -岩石相互作用过程中流体的时间累积流量 (或流体 /岩石比 )、流动方向和组成具有重要意义。基于质量平衡原理可以建立“封闭”体系和开放体系的氧同位素交换模型。“封闭”体系又可分为封闭、批式挥发和瑞利挥发体系。瑞利挥发较批式挥发造成岩石更大的18O亏损 ,但在地质过程中两者差异并不显著。开放体系连续模型中氧同位素迁移的机制包括扩散 /弥散和平流。由流体流动速率和扩散 /弥散系数定义的Peclet数决定了上述两种机制在一定尺度上对氧同位素迁移的相对贡献。流体 -岩石交换受表面动力学控制 ,当交换速率快于流体流动时 ,可认为流体和岩石达到了氧同位素分馏平衡 ,反之则没有达到平衡。由流体流动速率和流体 -岩石反应速率常数定义的Damk hler数决定了反应接近平衡的程度。如果采用多种矿物相监控 ,则矿物内部分馏可有效地区分这两种反应模型。对流体 -岩石相互作用过程中氧同位素变化的地球化学动力学进行了系统评述 ,其原理和模型也可扩展到对其他元素的研究。

盆地深层流体-岩石作用与油气形成研究前沿

流体-岩石作用贯穿深层成烃、成储与成藏过程,是一个兼具前沿性和实用性的研究领域。在对含油气盆地流体-岩石作用研究的基础上,本文指出深层裂隙体系发育、流体化学亲和力的增大将显著抵消物性变差对流体活动性的不利影响,因此深层流体活动规模和效应不可低估。综合分析提出:1应加强深层烃水岩条件下残留烃(滞留烃)、固体沥青等生烃及其转化问题研究;2关注深层构造应变/非均匀压缩与储集层构造-流体作用效应、深层溶蚀流体来源/相态与规模储集层改造机制;3重视深层高温高压下储集层物性/润湿性、流体相态及活动性对油气运聚及效率的控制研究。

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。