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川西坳陷新场地区上三叠统须家河组长石溶解和保存机制的研究

作　者: 张雪花
导　师: 黄思静
学　校: 成都理工大学
专　业: 地质学
关键词: 新场须家河组长石溶解次生孔隙
分类号: P618.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

新场地区是我国西南地区最为重要的天然气工业基地之一,具有广阔的勘探前景。本文通过铸体薄片分析、阴极发光分析、X衍射分析、扫描电镜分析、碳、氧同位素分析和化学动力学模拟等方法,讨论了新场地区须家河组的岩石学特征、自生矿物和孔隙类型、骨架颗粒长石的保存和溶解机制。根据铸体薄片分析表明,新场地区须家河组的主要岩石类型为岩屑石英砂岩、岩屑砂岩和岩屑长石砂岩,它们的百分含量分别为53.54%、24.24%和6.40%。须家河组二段的长石含量（平均值约为10.4%）远远大于须家河组四段。研究区须家河组自生矿物的平均值为7.58%,具有中等偏低程度的自生矿物含量,碳酸盐是最为主要的自生矿物,占所有自生矿物的80.08%。除碳酸盐以外的其它自生矿物包括石英、高岭石、绿泥石和菱铁矿等。自生高岭石只分布在须四段,须二段自生绿泥石的平均含量高于须四段。该地区的孔隙类型主要以次生孔隙为主,原生为铺。根据长石溶解的动力学模拟得出:（1）水溶液中的Si:Al值与长石溶解速率成正相关关系,钾长石中Si:Al值与溶解速率的关系比钠长石更加密切;（2）长石的溶解速率与pH值成反比,即pH值越大,长石的溶解速率越慢;温度越高,pH值对长石溶解速率的影响越强;（3）温度越高,长石的溶解速率越大;（4）钾长石溶解的吉布斯自由能始终大于钠长石,说明钠长石的溶解的趋势强于钾长石;次生矿物的沉淀动力学控制长石溶解的实验速率。根据岩石学特征和碳、氧同位素特征表明,新场地区长石溶解的流体主要包括大气水和煤层酸性水。溶解作用最强的应是须四末期,并留下如下地质证据:在新场地区,自生高岭石基本上只分布在须家河组第四段顶部;须四段上部砂岩中长石总量、斜长石含量和正长石含量都显著减少,阴极发光观察表明,长石的减少主要与溶解作用有关,且主要是在有效压实作用前的较早成岩阶段发生的;须四段顶部是最为主要的次生孔隙发育带,由长石溶解形成的次生孔隙是最为主要的次生孔隙类型,并与高岭石发育带、长石减少带是一致的;自生碳酸盐矿物的同位素地球化学特征表明须四段顶部的碳酸盐胶结物的沉淀过程中存在一定数量的有机碳的参与,其物质来源与长石溶解有关。在温度大于120℃左右以后的深埋藏成岩阶段中,须家河组发生钾长石的溶解,反应为:钾长石+高岭石=硅质+伊利石+H₂O,该反应不需要来自泥岩地层的有机酸,反应所需要的H+来自另一个反应:高岭石+K+=伊利石+H++3H₂O,该反应将嗜酸性粘土矿物转变为嗜碱性粘土矿物,H+得到释放,而这一反应又受另一个反应:钾长石+H++H₂O=高岭石+硅质+K+驱动,所以这是一个封闭系统中的自循环反应。钾长石和高岭石的相对数量控制了长石的溶解及反应后钾长石、高岭石和伊利石之间的关系。根据X衍射分析数据表明,须四段顶部只存在有高岭石的样品,这说明须四段的样品在达到高岭石和钾长石反应温度之前,高岭石的含量多于或等于钾长石,因而反应过后有高岭石剩余,这说明须四段顶部地层中有更多的H+储存,也说明在地温达到120℃—140℃以前的成岩阶段,须四段顶部有更多的不稳定长石的溶解;与须四段不同的是,须二段只存在钾长石的样品,这说明须二段在到达高岭石和钾长石反应温度之前,高岭石的含量少于或等于钾长石,因而反应过后有钾长石剩余而高岭石消耗殆尽,这说明须二段地层H+储存非常有限,也说明在地温达到120℃-140℃以前的成岩阶段,须二段的不稳定长石的溶解较少。长石溶解导致砂岩孔隙增加是最为重要的加强性成岩作用,但是因为新场地区物源的缺乏和地层中缺乏活跃的有机酸,长石溶解作用十分有限。

川西坳陷新场地区上三叠统须家河组长石溶解和保存机制的研究

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