科研进展

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Marine and Petroleum Geology|绿泥石膜蚀变及砂岩孔隙度破坏:来自反应运输数值模拟的新认识

作者: 发布者:邹桂红 责任编辑: 发布时间:2024-05-08 浏览次数:10

由于砂岩储层中的包膜状绿泥石可以抑制石英胶结物的生长,而被广泛认为是能够保护深埋砂岩孔隙度的关键因素之一。绿泥石膜可以抑制石英胶结物的生长,主要是由于其附着在碎屑石英颗粒表面从而降低了它的表面积。虽然这一观点已被广泛证实和接受,但是绿泥石膜对砂岩孔隙度的作用却呈现出极强的复杂性。在一些已报道的案例中,即使岩石学数据支持绿泥石膜能有效地抑制石英胶结物的生长,但绿泥石和砂岩孔隙度的统计关系却可能是正向关、无相关甚至是负相关。以往的研究也关注到了这一特点,并且提出了一些可能的原因。首先,深埋砂岩的孔隙度是一系列沉积因素如粒度和成岩作用如机械压实和碳酸盐胶结物共同作用的结果。如果砂岩富含非石英胶结物如碳酸盐胶结物,那么绿泥石膜通过抑制石英胶结物而对砂岩孔隙度的影响力可能就比较弱。其次,即使砂岩中胶结物以石英为主,绿泥石抑制石英胶结物的效率也受控于绿泥石膜的含量、膜覆盖率和膜厚度等多个因素。

除此以外,绿泥石作为一种化学活性极强的矿物,其潜在的溶蚀及其对砂岩孔隙度的影响却被忽视。针对于此,澳大利亚墨尔本大学(2024年度QS全球排名第14位)李欢博士在中国石油大学(华东)深层油气全国重点实验室胡钦红教授的指导下,运用反应运输数值模拟(reactive transport modeling)方法系统研究了绿泥石膜溶蚀对砂岩成岩作用和孔隙度的影响。作者在模型中引入了深埋砂岩中两种常见的酸性流体来源,包括CO2和有机酸。在这两种流体的作用下,绿泥石膜均出现了较强的溶蚀和石英及高岭石的沉淀反应(图1),而在CO2的案例中还出现了大量菱镁矿和菱铁矿的沉淀现象(图1A)。此外,在两种流体中均出现了砂岩孔隙度的下降,但下降幅度及各自成因却不同。在CO2的案例中,砂岩孔隙度可能会大幅下降(图2C),且主要是由于绿泥石膜溶蚀所产生的碳酸盐胶结物沉淀所导致(图2A-B)。而在有机酸的案例中,砂岩孔隙度仅有小幅下降,且主要是由于次生石英和高岭石通过流体流动所产生的再分布过程所导致。总之,该项研究成果为理解绿泥石膜对砂岩孔隙度的作用提供了新认识,除绿泥石膜抑制石英胶结物的作用外,其自身化学性质和潜在蚀变过程也应纳入到将来的研究中。

图1. 两种酸性流体所产生的反应路径数值模拟结果(即原生碎屑矿物的溶蚀和次生矿物的沉淀);A为CO2,B为有机酸。

图2. 两种酸性流体所产生的反应运输数值模拟结果:A和B显示CO2案例的绿泥石膜溶蚀和次生矿物沉淀;C和D显示两种酸性流体所导致的砂岩孔隙度变化。

研究成果近期发表在地学领域国际重要SCI期刊Marine and Petroleum Geology(中科院二区TOP期刊)。论文获得十三五国家重大专项、墨尔本研究奖学金(Melbourne Research Scholarship)和巴特利特研究奖学金(M. A. Bartlett Research Scholarship)的联合资助。论文第一作者为澳大利亚墨尔本大学地理、地球和大气学院李欢博士,通讯作者为中国石油大学(华东)深层油气全国重点实验室胡钦红教授(国家特聘专家)。合作作者包括中海油天津分公司研究院王飞龙、王茂桢和郝轶伟以及中国地质大学(武汉)王维副教授。

论文信息:Huan Li, Qinhong Hu*, Feilong Wang, Maozhen Wang, Yiwei Hao, Wei Wang. 2024. Alteration of chlorite coats and sandstone porosity reduction: Insights from reactive transport modeling. Marine and Petroleum Geology, 160, https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2023.106642.