CO2流体对含片钠铝石砂岩改造作用的实验研究

不同温度（100℃,200℃和300℃）下CO_{2流体对含片钠铝石砂岩的改造作用研究显示:随着温度的升高,砂岩的溶蚀、溶解程度逐渐增强,样品中片钠铝石的稳定性逐渐减弱。同时,各温度下样品表面均有一水软铝石放射状集合体沉淀。200℃时,随着片钠铝石的溶解有自生菱铁矿生成,300℃时样品局部有绿泥石沉淀。100℃下片钠铝石的微弱溶解及200℃下菱铁矿的形成表明,在地层条件下以碳酸盐矿物形式捕获的CO2,不会由于CO2的二次注入而重新释放。}     

苏北阜宁组砂岩中片钠铝石的出现及其地质意义

片钠铝石先后在加拿大、澳大利亚、美国、坦桑尼亚、意大利等地陆续发现,我国于1966年在胜利油田第三系砂岩中也发现了片钠铝石。当时该矿物在岩石中含量较少,因此仅报导了该矿物的特征、产状及成因等。近年来,在苏北盆地的砂岩储层中陆续有所发现。尤其在金湖凹陷杨家坝地区的阜宁组砂     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷含片钠铝石砂岩捕获CO_2总量的估算

为揭示CO2地质埋存过程中砂岩对于CO2以矿物形式的捕获能力,以海拉尔盆地乌尔逊凹陷下白垩统铜钵庙—南屯组含片钠铝石砂岩为研究对象,基于含片钠铝石砂岩的时空分布,结合片钠铝石的含量和分子式开展了砂岩以片钠铝石形式固存CO2总量的研究。研究表明,海拉尔盆地乌尔逊凹陷下白垩统铜钵庙—南屯组中片钠铝石资源总量约为81.9亿t,含片钠铝石砂岩捕获的CO2总量约为25.0亿t。     

乌尔逊凹陷含片钠铝石砂岩分布

海拉尔盆地乌尔逊凹陷发现含片钠铝石砂岩，片钠铝石为一种成岩自生矿物。将含片钠铝石砂岩和CO2气的井位综合对比，结合该区构造断裂带分布与γ5花岗岩分布特征以及含片钠铝石砂岩与CO2气纵深分布数据的研究，确定含片钠铝石砂岩的分布与断裂带以及γ5花岗岩的分布具有耦合关系，同时含片钠铝石砂岩与CO2气的分布也具有区域相关性。从而可以确定片钠铝石可以作为CO2气的示踪矿物。     

片钠铝石的成因及其对CO2天然气运聚的指示意义

片钠铝石作为胶结物、自生矿物或脉体，不仅分布在海相白云岩、油页岩中，而且还广泛分布在陆源碎屑岩及煤系地层中。大量的实例及人工合成片钠铝石实验表明，片钠铝石的形成需要碳酸溶液或过量的CO2气，片钠铝石的分布往往与CO2天然气藏相伴生。CO2气的来源决定了片钠铝石具有无机和有机两大成因类型，其中，无机成因包括岩浆成因和碳酸盐热解成因。然而，不论源于有机成因CO2气还是无机成因CO2气，片钠铝石均可作为富CO2流体运移或聚集的“示踪矿物”，地质过程中片钠铝石的出现或富集表明该区曾存在大量CO2运移或聚集。     

莺歌海盆地乐东区片钠铝石特征及其对浅层CO2充注的指示

作为天然CO₂的示踪矿物,片钠铝石的形成与CO₂充注密切相关.莺歌海盆地乐东区乐东X构造莺歌海组-黄流组CO₂气藏内发育含片钠铝石砂岩,在开展的岩石学和地球化学研究基础上,确定了研究区片钠铝石的产状和纵向分布特征,分析了形成片钠铝石的“碳来源”和气水条件,进而探讨了与片钠铝石具有成因联系的CO₂的成因.乐东X构造含片钠铝石砂岩为细—极细粒长石石英砂岩和岩屑石英砂岩,片钠铝石主要以充填孔隙及交代颗粒的形式产出,是成岩共生序列中形成较晚的自生矿物之一.在纵向上,片钠铝石仅集中发育于高含CO₂气层的底部以及其下的水层中,这一分布特征以地质实例的形式证实了片钠铝石的形成需要水的参与.研究区浅层CO₂充注后形成的碳酸盐矿物为片钠铝石和铁白云石.片钠铝石的碳氧同位素特征表明形成片钠铝石的“碳”与LDX构造气层中CO₂具有相同的碳来源,以无机幔源成因CO₂为主.红河断裂以及莺歌海盆地中央坳陷内一系列底辟构造及伴生的垂向裂隙可能为CO₂的运移通道.      

自生片钠铝石的碳氧同位素特征及其成因意义

自生片钠铝石的碳氧同位素特征可以为片钠铝石的成因研究提供重要的地球化学依据。以海拉尔盆地乌尔逊凹陷和松辽盆地孤店构造片钠铝石碳氧同位素分析为基础,结合国内外已报道的自生片钠铝石的碳氧同位素数据,对自生片钠铝石的碳氧同位素特征及其成因意义进行了探讨。研究表明,海拉尔盆地乌尔逊凹陷和松辽盆地南部孤店CO2气田砂岩中片钠铝石的δ13C范围分别为–5.3‰～–1.5‰（PDB）、–1.9‰～+0.3‰（PDB）,均分布于含无机碳物质δ13C分布区间（－9.0‰～＋2.7‰）内。计算出的海拉尔盆地和松辽盆地与片钠铝石平衡的CO2气碳同位素分布范围分别为－10.7～－7.0‰（PDB）、－8.7～－6.9‰（PDB）,表明片钠铝石绝大部分形成于无机CO2背景。实际地质观察中形成片钠铝石的CO2绝大多数为岩浆脱气来源,岩浆成因片钠铝石碳同位素分布范围为－5.5～＋4.5‰（PDB）。海拉尔盆地和松辽盆地的片钠铝石是岩浆成因CO2气运移、聚集的特征矿物。计算出的海拉尔盆地和松辽盆地片钠铝石沉淀时介质水的δ18O值范围为-14.3～-9.4‰（SMOW）,表现为轻同位素的特点,表明片钠铝石形成时地层水为大气降水。计算出的海拉尔盆地片钠铝石同位素为52.7～93.6℃,与样品所在深度处的古地温范围（65.4～87.6℃）基本吻合。     

松辽盆地南部片钠铝石形成与碎屑长石的成因联系

含片钠铝石砂岩通常以富长石类型为主(岩屑长石砂岩,长石岩屑砂岩,长石砂岩)。为揭示片钠铝石与长石之间的主要赋存关系及长石在片钠铝石形成过程中所做的贡献,通过偏光显微镜、扫描电镜及阴极发光等镜下观察方法对松辽盆地南部红岗地区含片钠铝石砂岩进行了岩石学系统研究。本区片钠铝石主要以充填孔隙及交代颗粒的形式产出,其中片钠铝石交代斜长石的现象明显多于交代钾长石,片钠铝石交代斜长石初期优先沿其双晶缝向内生长,有些甚至完全交代斜长石而呈现交代假象。整体上片钠铝石含量与长石含量呈负相关关系。长石的溶蚀溶解为片钠铝石的形成提供Na+、Al 3+,由于各类长石的热力学性质存在差异,钾长石发生溶蚀溶解的速率及程度会明显低于斜长石,因此斜长石对形成片钠铝石的离子贡献大于钾长石。     

松辽盆地南部红岗油田青山口组砂岩中片钠铝石的形成温度

主要以松辽盆地南部红岗油田富含片钠铝石砂岩的红143和红146井为研究对象,通过普通薄片鉴定、茜素红-S染色、扫描电镜、能谱分析、显微测温等分析方法,对研究区含片钠铝石砂岩的成岩共生序列,尤其是流体包裹体均一温度进行了详细的研究.红岗油田成岩共生序列为:黏土矿物→石英次生加大边→方解石→片钠铝石→铁白云石→石英愈合微裂...     

含片钠铝石砂岩与地层水相互作用实验

不同温度(100℃、150℃和200℃)地层水对含片钠铝石砂岩的改造作用研究显示,随着温度升高,砂岩的溶解程度逐渐增强,样品中片钠铝石的稳定性逐渐减弱。在片钠铝石溶解的同时,200℃时样品表面有高钠长石和绿泥石生成,且通过X-射线衍射分析发现,在150℃和200℃时有某种未知的碳酸盐矿物生成,生成量随温度升高而增大。100℃时片钠铝石的微弱溶解及150℃和200℃时碳酸盐矿物的生成表明,在地层条件下以片钠铝石等碳酸盐矿物形式捕获的CO2能够稳定存在。     

CO2流体-长石相互作用实验研究

不同温度下(100、200、300℃)CO2流体与富钾长石和斜长石的水热实验表明:随着温度的升高,长石的溶蚀强度逐渐加大,且钠长石的溶蚀程度强于钾长石。在CO2流体与富钾长石及斜长石反应后,200℃和300℃时样品表面均有球粒状、棒状及花状的水铝矿生成,且200℃时样品表面有菱铁矿生成;在CO2流体与斜长石反应后,300℃时样品表面有球形的氧化亚铁析出。这表明CO2能够以碳酸盐的形式在矿物中"固定",其被"固定"的上限温度为200℃左右。     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷片钠铝石及研究意义

海拉尔盆地乌尔逊凹陷含片钠铝石砂岩与CO2气井、燕山期花岗岩的分布一致,均产于苏仁诺尔构造带乌西断裂控制的区域.在偏光显微镜和扫描电镜下观察发现片钠铝石的产状有3种:①部分或全部交代长石、石英等碎屑颗粒,多呈长柱状、片板状集合体;②作为胶结物充填于碎屑颗粒间的孔隙中,呈放射状、束状、毛发状、菊花状集合体;③充填在碎屑矿物的溶洞或裂隙中,呈纤维状集合体.含片钠铝石砂岩的成岩共生序次和油气包裹体及现今地层水特征均表明,片钠铝石的生长时间晚于任何其它自生矿物.电子探针及INCA能谱仪分析表明,片钠铝石主要由Na、Al、O、C等组成.研究表明,海拉尔盆地乌尔逊凹陷片钠铝石可作为深部CO2热流体活动的示踪矿物.     

松辽盆地南部红岗油田青山口组片钠铝石的结晶特征及成因探讨

松辽盆地南部红岗油田青山口组发育大量含片钠铝石砂岩。含片钠铝石砂岩的岩石类型为长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩,砂岩中的胶结物主要为次生加大石英、方解石、片钠铝石、铁白云石和粘土矿物,成岩共生序列为粘土包壳-方解石-石英次生加大-片钠铝石-铁白云石-沥青。其中,片钠铝石多以放射状、栉状、板状等集合体充填孔隙,少量以杂乱状和板状交代长石和岩屑,且交代的碱性长石多于斜长石;此外,孔隙中的放射状片钠铝石开始生长时多呈团簇状,随埋深的增大,放射状及栉状片钠铝石的晶体平均粒度变大,板状片钠铝石的含量也增加;而片钠铝石的总含量则先增加后减少,片钠铝石的结晶特征及其含量与成岩流体的温度的高低、pH值的大小以及CO₂分压的高低等密切相关。     

含片钠铝石砂岩的基本特征及地质意义

含片钠铝石砂岩是一种含片钠铝石自生矿物的砂岩,一般为富含长石的砂岩,与片钠铝石稳定共生的自生矿物主要为铁白云石、菱铁矿等碳酸盐矿物。砂岩中片钠铝石的含量变化较大,其存在与否不受砂岩结构的制约。含片钠铝石砂岩往往分布在断裂和岩浆岩体附近,既可以作为CO2气储层,又可以作为油气储层。含片钠铝石砂岩是一种具有特殊地质意义的砂岩,表现为：①含片钠铝石砂岩记录了深、浅部层圈之间及烃源岩—储层之间的物质转移;②在含油CO2气藏和油藏中,含片钠铝石砂岩记录了CO2与油气双重充注,其中含油CO2气藏中的含片钠铝石砂岩记录了CO2充注驱油现象;③含片钠铝石砂岩是进行CO2地下储存研究的理想的天然实验室。     

蒙古国塔木察格盆地塔南凹陷铜钵庙组火山碎屑岩中片钠铝石胶结物的成因

塔木察格盆地塔南凹陷铜钵庙组火山碎屑岩中发育大量的片钠铝石自生矿物。通过偏光显微镜、扫描电镜及X射线衍射分析等,查明了火山碎屑岩中的胶结物与自生矿物类型和成岩共生序列。含片钠铝石火山碎屑岩的成岩共生序列为粘土包壳-方解石-一期微晶石英-一期高岭石-二期微晶石英、二期高岭石、片钠铝石-铁白云石;通过MAT253稳定同位素质谱仪确定了片钠铝石和铁白云石的稳定同位素组成为片钠铝石的δ¹³C_PDB为-8.15‰~-2.81‰,与片钠铝石平衡的CO₂的δ¹³C_CO2为-12.91‰~-7.55‰,通过与海拉尔盆地及BGS盆地系碳氧同位素数据的类比,表明片钠铝石中的碳主要为幔源岩浆来源,形成片钠铝石的钠和铝主要来源于安山岩岩屑、长石晶屑碎屑、玻屑和火山灰等;铁白云石的δ¹³C_PDB为-6.76‰~-2.65‰,与片钠铝石的碳氧同位素数据相似,结合相关地质实例及地球化学模拟实验,可以推断铁白云石中的碳也是幔源岩浆来源,铁白云石中的铁离子主要来源于安山岩岩屑、玻屑、火山灰和蒙脱石等矿物。     

东北及邻区中生代盆地片钠铝石的分布、产状及其油气地质意义

东北及邻区中生代地层中的片钠铝石分布于海拉尔盆地、塔木察格盆地、二连盆地、开鲁盆地和阜新盆地的早白垩世地层及松辽盆地南部的早白垩世晚期-晚白垩世早期地层中。片钠铝石主要发育在油气储层或CO₂气储层中富含长石的砂岩和火山碎屑岩中。在含片钠铝石砂岩和火山碎屑岩中,片钠铝石以放射状、束状、杂乱毛发状、球状和板状等集合体充填孔隙,或呈束状和板状交代长石和岩屑。片钠铝石及其共生的铁白云石都是最晚形成的自生矿物组合。越来越多的证据表明,片钠铝石是富CO₂流体的指示矿物,记录了CO₂和油气双重充注现象。在含片钠铝石碎屑岩中可以解读出CO₂充注的时间和CO₂分压的变化。