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鄂尔多斯盆地上古生界碎屑岩次生孔隙形成机制的热力学计算和溶解实验模拟研究

作　者: 张萌
导　师: 黄思静
学　校: 成都理工大学
专　业: 矿物学岩石学矿床学
关键词: 鄂尔多斯盆地上古生界碎屑岩次生孔隙水-岩相互作用
分类号: P588.21
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本论文将水—岩相互作用模拟(即热力学理论模拟计算和溶解模拟实验相互结合的方法)用于鄂尔多斯盆地上古生界碎屑岩骨架组分的溶解、自生矿物的沉淀及其与次生孔隙形成机制之间关系的研究，建立了相应的热力学数据库和溶解实验数据库，为沉积盆地储集岩的水—岩相互作用的模拟研究提供了可对比与借鉴的基础资料。对储层砂岩来说，岩石基本组成、尤其是骨架组分为埋藏成岩作用提供了重要的物质基础，埋藏前组成的差异对成岩作用、对砂岩初始孔隙度、以及原生孔隙的改造和次生孔隙的发育都起着十分重要的作用。为了更好地了解鄂尔多斯盆地上古生界储层砂岩岩石在埋藏前组成，也就是确定进行水—岩相互作用模拟研究的实验对象，作者创建了砂岩的计算机自动分类识别系统，使大数据量砂岩的分类命名统计变得更加地准确而快捷，并且消除人为误差的可能。在对鄂尔多斯盆地上古生界储层砂岩埋藏前组成、自生矿物类型和孔隙构成研究的基础之上，确定合理的沉积盆地水—岩相互作用模拟研究的实验对象，设计了埋藏成岩过程有关反应的反应物和可能的生成物，并通过热力学相平衡原理，建立了碎屑岩在埋藏成岩过程中各种骨架颗粒(钾长石、钠长石、钙长石以及铁镁暗色矿物中的辉石、角闪石等)在酸性介质条件下发生溶解的固体—流体相化学反应热力学计算模型，并获得了相应的热力学数据库，在此基础上对储层砂岩中主要造岩矿物(钾长石、钠长石、钙长石以及铁镁暗色矿物中的辉石、角闪石等)在埋藏成岩过程的酸性介质条件下发生溶解的热力学习性进行了论述。在热力学模拟计算的基础之上，进行20个不同温度和压力条件下，以有机酸作为溶解介质的储层砂岩骨架颗粒(钾长石、钠长石、钙长石以及铁镁暗色矿物中的辉石、角闪石等)的水—岩相互作用的溶解模拟实验，包括：4个钙长石的溶解实验、8个辉石的溶解实验和8个角闪石的溶解实验，获得了溶解模拟实验前后全部参与实验矿物的X射线衍射分析、化学全分析数据、扫描电镜照片，以及介质流体在实验过程中化学参数pH值的检测，在此基础上讨论了铁镁暗色矿物、长石等铝硅酸盐矿物在埋藏成岩过程中酸性介质条件下的溶解习性。对储层砂岩主要造岩矿物在成岩过程的酸性介质条件下发生溶解的水—岩相互作用模拟研究的地质意义进行了阐述，即从热力学理论模拟计算和溶蚀模拟实验的结果，讨论了鄂尔多斯盆地上古生界储层砂岩在埋藏成岩过程的酸性条件下各种骨架颗粒(钾长石、钠长石、钙长石以及铁镁暗色矿物中的辉石、角闪石等)发生溶解的水—岩相互作用的可能性，以及溶解过程与温度、压力等地层条件的关系，在此基础上对沉积物埋藏前组成、自生矿物沉淀、次生孔隙形成机制、以及重要的成岩作用进行了合理解释，并为储层质量预测提供正确的热力学和化学实验理论基础。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章引言  10-19
  1.1 选题的科学依据  10-14
  1.2 拟解决的关键问题  14-15
  1.3 论文研究的主要内容和重点  15-16
    1.3.1 砂岩的计算机自动分类识别系统研究  15
    1.3.2 热力学理论计算模拟和溶解实验模拟的地质基础论证  15
    1.3.3 热力学理论计算模拟研究  15-16
    1.3.4 溶解实验模拟研究  16
    1.3.5 水—岩相互作用模拟研究的地质意义  16
  1.4 论文的技术路线  16-18
  1.5 论文的创新点  18
  1.6 论文工作量统计  18-19
第2章热力学理论计算模拟和溶解实验模拟的地质基础论证  19-42
  2.1 砂岩的计算机自动分类识别系统研究  19-31
    2.1.1 砂岩的分类方案  20-21
    2.1.2 砂岩分类方案中等边和等腰三角形投点图对比分析  21-26
    2.1.3 砂岩分类三角图的绘制  26-27
    2.1.4 砂岩类型的自动识别和综合定名系统  27-30
    2.1.5 砂岩分类模型小结  30-31
  2.2 储层砂岩的岩石类型和骨架组分  31-32
  2.3 储层砂岩岩屑的构成  32-35
  2.4 储层砂岩的粒度  35
  2.5 储层砂岩的孔隙构成  35-37
  2.6 储层砂岩自生矿物的组成  37-40
  2.7 本章小结  40-42
第3章部分成岩反应的热力学理论计算模拟  42-97
  3.1 热力学模型  43-50
    3.1.1 碎屑岩在成岩过程中各种造岩矿物溶解的化学反应  43-45
    3.1.2 计算公式  45-49
    3.1.3 热力学参数  49-50
  3.2 计算结果及地质解释  50-95
    3.2.1 碎屑岩在成岩过程中各种造岩矿物溶解反应的焓与熵  50-52
    3.2.2 碎屑岩在成岩过程中各种造岩矿物溶解的△G和logK的计算结果与讨论  52-95
  3.3 本章小结  95-97
第4章骨架颗粒中主要造岩矿物溶蚀和次生孔隙形成机制的实验模拟  97-147
  4.1 实验样品  97-101
  4.2 实验介质和实验条件  101
  4.3 实验装置、实验过程与实验结果  101-110
  4.4 实验结果讨论  110-129
    4.4.1 实验矿物主要构成元素的总体溶解习性  111-120
    4.4.2 温度和压力对矿物溶解的影响  120-126
    4.4.3 主要造岩矿物在酸性条件下的稳定性  126-129
  4.5 实验矿物溶解后的特征  129-145
    4.5.1 矿物溶解后的表面形态特征  129-130
    4.5.2 被溶矿物表面成分的改变和溶解过程中的生成物  130-145
  4.6 本章小节  145-147
第5章储层砂岩主要造岩矿物在埋藏成岩过程中溶解的热力学理论模拟计算和溶解模拟实验的地质意义  147-157
  5.1 沉积物埋藏前组成的讨论  147-148
  5.2 次生孔隙形成时间和溶解介质的讨论  148-149
  5.3 主要自生矿物的沉淀机制讨论  149-155
    5.3.1 自生粘土矿物  149-153
    5.3.2 硅质胶结物的形成时间  153
    5.3.3 自生碳酸盐矿物  153-155
  5.4 本章小节  155-157
结论  157-164
致谢  164-165
参考文献  165-169
图版说明  169-172
图版  172-182
附录  182-200

鄂尔多斯盆地上古生界碎屑岩次生孔隙形成机制的热力学计算和溶解实验模拟研究

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