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。

塔中地区北部斜坡带下奥陶统碳酸盐岩风化壳油气富集特征

塔里木盆地塔中地区北部斜坡带下奥陶统发育大型碳酸盐岩风化壳。对风化壳储层及其成藏条件的研究表明,风化壳储层类型以次生溶蚀孔洞形成的低孔、低渗储层为主,储层主要发育于下奥陶统顶部,分布范围与古构造活动形成的不整合面形态具有较好的对应关系。断裂及裂缝的发育对改善风化壳储层具有重要作用,形成了纵向上叠置、横向连片、沿岩溶斜坡部位广泛分布的风化壳储层。断裂和不整合面构成的输导体系控制了风化壳的油气运聚成藏,储层发育程度控制了风化壳的油气富集程度,多期油气充注与风化壳储层非均质性造成了风化壳油气赋存的差异性。

碳酸盐岩风化壳中的土壤蠕滑与岩溶坡地的土壤地下漏失

本文给出了碳酸盐岩风化壳中土壤蠕滑的证据,阐明了土壤蠕滑等块体运动在喀斯特风化壳形成演化中的机制,并用以解释喀斯特风化壳岩土界面的突变接触,和土下基岩表面光滑的现象;提出了岩溶坡地的土壤侵蚀是化学溶蚀、重力侵蚀和流水侵蚀叠加的观点,分析了岩溶坡地土壤地下漏失和土地石质化的过程;最后讨论了植被破坏和土地垦殖等人类活动,破坏植物根系的网固作用,增加径流入渗,促进地下管道侵蚀及其上覆土壤的沉陷补给,加剧了纯碳酸盐岩坡地土壤地下漏失和土地石质化。

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）。

碳酸盐岩风化壳型有效储层的形成与控制因素研究--以塔里木盆地英买力-牙哈地区为例

中国海相油气勘探近年来进展很快,并不断在深部发现优质碳酸盐岩储层。其中风化壳型储层作为深部重要的碳酸盐岩储集体类型而倍受重视,特别是在塔里木盆地塔北地区,风化壳型油气藏蕴藏了丰富的油气资源,近期引起了大家的高度关注。塔北英买力—牙哈地区寒武系—奥陶系风化壳型储层的储集空间以溶蚀孔洞缝为主,储层物性好,厚度大,分布范围广。研究发现该区储层的形成受早期沉积相带、风化淋滤、构造运动产生的断裂及相伴生的溶蚀作用等因素的制约。风化壳岩溶作用和构造破裂作用极大的改善了储集空间的性能,使英买力—牙哈地区在埋深6 000m左右,依然保存了高孔渗性的风化壳型岩溶储层。岩溶作用受多种因素控制,如古地貌、构造沉降与抬升、风化淋滤时间、古气候等,从而在碳酸盐岩风化壳面下部形成大量的溶蚀孔、洞、缝,其主要集中分布在风化壳面下150 m,部分地区可达200 m。

碳酸盐岩酸不溶物作为贵州岩溶区红色风化壳主要物质来源的证据

贵州岩溶区红色风化壳是中国南方红色风化壳的重要组成部分 ,本文根据部分红色风化壳剖面野外特征、矿物学、地球化学及土壤物理学等的研究结果 ,对其物源及成因进行了探讨。各剖面 ,尤其邻近剖面显著的矿物学、地球化学差异排除了远程风成沉积物、火山灰、上覆或者高处碎屑岩层作为统一且重要物源的可能。极低的石英含量表明贵州常见的长石石英砂岩不是其主要物源 ,具有中稀土 (MREE)富集的特征也排除了粘土岩、页岩作为主要物源的可能。风化壳剖面间的差异性均可从基岩酸不溶物的差异性得到很好解释 ,表明它们是下伏碳酸盐岩风化、酸不溶物 (准 )原地堆积的结果。部分剖面甚至显示了典型风化壳剖面的一些特征 ,具有正常风化序列的剖面结构特征。

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。

微地域搬运——碳酸盐岩红色风化壳形成过程的一种方式

由于差异溶蚀作用,由碳酸盐岩强烈风化形成的红色风化壳通常表现出独特的剖面构型:风化壳发育深厚、下伏基岩面强烈起伏波动、溶沟和石牙相间展布。以黔中岩溶台地之上发育的红色风化壳——平坝剖面为例,通过宏观地质、地球化学、粒度分析以及矿物学等方法,并以邻近的两个石灰土剖面(罗吏剖面和龙洞堡剖面)作对比,对碳酸盐岩红色风化壳的形成过程进行了讨论,论证了微地域搬运是碳酸盐岩红色风化壳尤其是厚层红色风化壳形成过程的一种方式。溶沟部位的风化壳,从风化前锋向上的一定深度范围内,为原位残积风化的产物(残积层);在此深度以上的部分,为地势较高的相邻石牙部位不同风化程度的残积物的搬运堆积(堆积层),也是导致风化指标随深度呈锯齿状波动的直接原因。后者一般组成剖面的主体。风化壳的年代地层学表现为,在残积层,从风化前锋向上,风化年龄由新到老;在堆积层,从下到上,风化年龄由老到新。风化前锋是一个重要的地球化学作用场所,在这一狭窄的界面上,伴随碳酸盐矿物的快速淋失,残余酸不溶物开始了明显分解。而风化壳的后期演化是一个缓慢而长期的过程。达到重力平衡的剖面(即风化壳表面平缓、不发生微地域搬运的剖面),在由表及里的风化作用下,从地表向下的一定深度范围内,逐渐改造为常态风化壳的发育特征。

碳酸盐岩风化壳岩-土界面地球化学特征及其形成过程——以贵州花溪灰岩风化壳剖面为例

在对黔中花溪灰岩风化壳原地风化残积特征进行了论证的基础上 ,本文从地球化学角度对碳酸盐岩风化壳岩 土界面发育特征及其形成机理进行了讨论。碳酸盐岩的易溶解性和显著的差异性溶蚀 ,导致了其风化壳基岩面起伏强烈、岩 土界面界线清楚且突变 ;与此宏观特征相对应的是风化产物在矿物成分、主量、微量元素等方面均存在明显的突变现象。同时 ,在岩 土界面土层中形成了一个相对狭窄而突变的碱性障 ,此障无疑对风化壳的一些地质地球化学过程产生强烈影响 ,例如硅酸盐矿物的进一步蚀变分解 ,以及稀土和其它部分微量元素的超常富集和强烈分异等。

碳酸盐岩红色风化壳Ce异常特征及形成机理

Ce在贵州碳酸盐岩红色风化壳剖面上部表现为正异常,在底部稀土超常富集层显示强烈亏损。通过对Ce的质量迁移系数的计算,结合相态分析和水化学分析结果,对碳酸盐岩红色风化壳中Ce的异常行为进行系统的分析后发现:在剖面上部,Ce3+氧化水解,水解产物主要与铁锰氧化物共沉淀,少量的与粘土矿物结合,使得Ce保留而相对显示正异常;在剖面底部,Ce负异常一方面来源于对基岩负异常的继承;更重要的是,Ce较其他轻稀土稳定,发生迁移富集的量远远小于La,Nd等轻稀土元素,导致Ce在底部富集时相对于其他轻稀土元素发生强烈亏损。而Ce与HCO3-络合迁出并不是导致碳酸盐岩红色风化壳中强烈Ce负异常的主要原因。

风化壳古岩溶型碳酸盐岩储层成岩作用与成岩相

以鄂尔多斯盆地靖边气田北部马家沟组马五14小层为例,通过详细的井下地质调查、典型成岩特征写实、系统取样和室内测试等研究,以地质背景和古岩溶岩石学特征为主线,精细解剖风化壳古岩溶型碳酸盐岩储层成岩作用特征,并进行成岩相识别。研究发现:马五14小层海水成岩环境以白云岩化作用和硬石膏化作用为主,受控于古地理格局;表生成岩环境发育溶孔缝型和溶洞型溶解充填作用,受控于古岩溶地貌;埋藏成岩环境常见扩溶型溶解作用。基于成岩作用与孔渗网络耦合关系,采用"海水成岩环境成岩作用+表生成岩环境成岩作用"组合原则划分出4种典型成岩相类型:(Ⅰ)硬石膏小结核白云岩化—溶孔缝型中—弱充填相,(Ⅱ)硬石膏小结核白云岩化—溶孔缝型中—强充填相,(Ⅲ)白云岩化—溶洞型强充填相,(Ⅳ)硬石膏岩化—溶孔缝型强充填—溶洞型强充填相。其中Ⅰ类相区优质储集岩类发育,岩溶强度适中,(沉淀)充填中—弱,易形成裂缝—溶(孔)洞型储层,是为最有利的成岩相区。

碳酸盐岩风化壳母岩的不均一性:来自粒度分析的证据

碳酸盐岩由于酸不溶物含量极低,在形成风化壳的过程中伴随巨大的体积缩小,形成1m厚的风化壳往往需要消耗原岩十几米至几十米。所以对于岩溶地区风化壳,尤其是厚层红色风化壳的机理研究中,母岩的均一性判别是必要的,是风化壳研究的基础。通过对贵州岩溶地区贵阳花溪、湖潮剖面和黔北遵义市新蒲剖面三个典型的残积风化壳的粒度分析表明,碳酸盐岩风化壳成土母岩的不均一性是客观存在的,从粒度分布特征给予了良好的指示。而不均一母岩上发育的风化壳的地球化学行为,也必然偏离建立在均一母岩前提下的风化壳的正常演化方向。此外,常作为表生环境下物源示踪的惰性元素比值如Ti/Zr,Ti/Al,Sm/Nd,Zr/Hf,Nb/Ta,Th/Sc,Zr/Nb等可能不适合于碳酸盐岩风化壳成土母岩的指示,从基岩到风化壳变化大,抑或在不同母岩的风化壳样品间没有明显的差异,也许与碳酸盐岩特殊的风化过程有关。

试论碳酸盐岩风化壳与喀斯特成土作用

作者发现,在碳酸盐岩形成的红粘上风化壳中,往往保留着基岩的残留结构和构造,通过野外观察、系统取样分析,本文以一种新的观点探讨了碳酸盐岩风化壳的形成过程,认为地下水的差异溶蚀和选择交代是喀斯特的主要成土作用,同时也讨论了环境因素对成土作用的影响。

碳酸盐岩红土风化壳主要特征及红土成因探讨——以贵州典型剖面为例

本文总结提出了碳酸盐岩风化壳成因证据及其演化特点 ,对风化壳红土成因进行了讨论。

碳酸盐岩风化壳岩-土界面风化作用机制——对岩粉层淋溶模拟的初步研究

碳酸盐岩风化壳通常呈现出清晰突变的岩-土界面,成为直接利用野外地质剖面的发育特征探索碳酸盐岩风化作用过程的障碍。本文选择贵州中部及湘西的4条典型碳酸盐岩原位风化壳的岩-土界面作为研究对象,模拟干热风化条件(即气候温暖或炎热、排水条件良好的风化状态),在24～29.5℃的环境温度下,利用饱和CO2水对各剖面岩粉层样柱开展了系统的淋溶实验研究(淋溶终点以碳酸盐完全溶蚀为标志)。通过对淋出液中主要造岩元素和淋溶残余物的动态取样分析,初步揭示了碳酸盐岩风化壳岩-土界面的风化作用机制。结果表明:①碳酸盐岩风化壳岩-土界面风化过程中,碳酸盐的溶蚀和酸不溶物的分解是同步进行的,在碳酸盐淋溶伊始,酸不溶物已表现出明显的风化倾向;②排水条件良好的风化环境下,由硅酸盐等酸不溶物组分分解溶出的盐基离子及Si等元素更易随风化溶液淋失,使得在风化残余物中难以形成蒙脱石、伊利石、高岭石等自生粘土矿物。酸不溶物相的其他造岩元素中,Ti和Al为惰性元素,Fe为弱迁移元素,Mn和P表现出明显的活性;③碳酸盐岩岩粉层的水-岩作用过程中,当碳酸盐含量对水-岩反应而言过量时,碳酸盐的溶蚀强度主要受岩粉层质地的制约。粒度粗,渗透性强,水-岩作用时间短,碳酸盐的溶蚀量低,反之亦然。而酸不溶物组分对于水-岩反应而言,在整个淋溶周期内都是不足的,其含量成为制约水-岩反应强度的主要因素。

酸不溶物对碳酸盐岩风化壳发育程度的影响

通过对贵州岩溶区(包括湘西)不同地层系统碳酸盐岩发育的红色风化壳、以及结合本区和处于同一气候带的邻区不同岩类红色风化壳的对比研究,结果表明①在风化条件不是特别强烈的区域,碳酸盐岩红色风化壳的发育程度明显受基岩酸不溶物成分的控制,酸不溶物的风化成熟度越高,红色风化壳的发育程度一般也越强。由于不同地层系统碳酸盐岩的酸不溶物组成不同,在此基础上发育的红色风化壳的风化强度自然存在着差异;②风化壳相对于母岩的进一步风化潜力或空间,随着基岩酸不溶物风化成熟度的增大而降低,从而更容易达到风化平衡;③在碳酸盐岩风化壳突变的岩-土界面,伴随碳酸盐的充分淋失,酸不溶物的地球化学指标发生了突变。因此,碳酸盐的溶解不但未阻滞和延缓了硅酸盐组分的分解,而且促进其快速风化;④在达到高岭石化甚至弱红土化阶段的酸不溶物基础上,发育的风化壳比结晶岩类风化壳具有更高的风化起点,也就表现出更高的风化强度。因此,笼统地把碳酸盐岩风化壳看作是弱于玄武岩及花岗岩等结晶岩类风化壳发育程度的弱风化类型是不妥的。

碳酸盐岩风化壳界面土层的结构和矿物学特征

以贵州遵义和平坝红土剖面为例 ,利用野外观察和室内分析测试方法 ,对碳酸盐岩风化壳岩土界面粘土层进行了系统研究。研究发现界面土层是由紫、红、棕、黄、褐、黑、灰、白等纹层状杂色粘土组成 ,其矿物成分除了含有与上部土层相似的高岭石或伊利石之外 ,还存在着新生不稳定的蛭石、绿泥石、蒙脱石、埃洛石及其间层矿物。

云贵高原碳酸盐岩风化壳的古地磁定年探讨

云贵高原乃至中国残积型红土及红土性风化壳的形成年代是一个长期以来悬而未决的问题。本文以云贵高原厚度分别为9.47m和5.4m的两个碳酸盐岩风化剖面为例,探讨了古地磁方法在碳酸盐岩风化剖面定年中的应用。古地磁定年结果初步表明,其发育时间在布容正极性世内,即两个风化壳剖面的发育年龄不会大于0.78MaB.P.。此外,对古地磁方法应用于碳酸盐岩风化剖面定年中可能存在的问题进行了讨论,其中包括风化壳的成因、风化过程中的体积变化、母岩的岩石磁性、磁性载体矿物及其记录磁信号的稳定性等问题。

贵州碳酸盐岩风化壳稀土元素分布特征

本文以两种典型风化壳剖面为例，对风化壳中稀土元素的分布和形成特征进行了讨论。研究认为，它们在风化壳中的富集和分异，受风化壳的结构、土的物理和水理性质、化学和矿物成分以及成土过程和成土作用的控制。简言之，系喀斯特成土作用的结果。

玉北地区奥陶系碳酸盐岩风化壳岩溶储层特征及其主控因素

利用测井解释数据、岩心及薄片观察结果,分析塔里木盆地玉北地区奥陶系碳酸盐岩风化壳岩溶储层特征、分布规律及其主控因素。结果表明:玉北地区奥陶系碳酸盐岩主要发育加里东中期和海西早期风化壳岩溶,鹰山组是风化壳岩溶最为发育的地层。储层垂向分布于水平潜流带高角度溶缝、半充填的溶蚀孔洞、粒间溶孔和晶间溶孔,以及垂直渗流带半充填的高角度溶缝和中小型溶蚀孔洞;储层平面分布于岩溶高地和岩溶斜坡古地貌单元,发育滑塌堆积物、溶洞、溶孔和溶缝等储集空间。研究区裂缝发育,与溶蚀孔洞相互沟通,明显改善碳酸盐岩储层的渗透性能。加里东中期—海西早期构造运动导致的地层长期暴露剥蚀、断裂活动和裂缝发育是风化壳岩溶储层形成的主要原因,东部断裂带鹰山组碳酸盐岩为勘探首选目标。