长石砂岩次生溶孔的形成机理

2 K+ + 2O H - + 4SiO2 + Al2 [ Si2O5 ] [ O H ]4 (1)
石英 高岭石 据反应式 (1) 可知 ,2 摩尔的钾长石溶蚀后 ,将
形成 1 摩尔的高岭石 。2 摩尔钾长石的重量为 556 g ,密度[5 ]为2157 g/ cm3 ,体积为2161342 cm3 。
Formation mechanism of secondary dissolved pores in arcose
Li Wenguo , Zhang Xiaopeng , Zhong Yumei
( Ex ploration and Production Research Instit ute of S out hwest B ranch Com pany , S IN O PEC , Chengdu , S ichuan)
高岭石的分子量为 258 ,即反应 (1) 中所形成 的 1 摩 尔 高 岭 石 的 重 量 为 258 g 。高 岭 石 的 密 度[5～7 ]为2158～2167 g/ cm3 ,反应中所形成的 1 摩 尔高岭石的最大体积和最小体积分别为 100 和 961629 cm3 ,两者相差 3137 % ,显然在摩尔体积最 小时形成的次生空间会更大 。
为了保险起见 ,我们按最保守的数值计算上 述反应过程中可能形成的次生孔隙度 (下同) 。若 以原始矿物钾长石所占体积为准 ,则它们被溶蚀
2Na + + 2HCO3 - + 4SiO2 + Al2[ Si2O5 ][OH]4 (4) 石英 高岭石 钠长石的分子量为 262 ,高岭石的分子量为 258 。由 (4) 式可以看出 ,当 2 摩尔的钠长石被溶蚀 后 ,将有 1 摩尔的次生高岭石形成 ,同时形成 4 摩尔 的石英 ,它们的体积分别为 100 和901566 cm3 。钠长 石的密度为2161 g/ cm3 ,则参与反应的 2 摩尔的钠 长石的原始体积为2001766 cm3 。 在反应过程中 ,固体矿物反应前后总的体积 变化为10120 cm3 ,以原始矿物钠长石所占体积为 准 ,则反应前后固体矿物所占体积空间的变化为 10120 ÷2001766 = 5108 %。因此 , 在 2 摩尔钠长 石的溶蚀过程中 ,可能形成 5108 %的次生孔隙 。 113 钙长石 在有水和 CO2 存在的条件下 ,钙长石溶蚀的 化学反应式[3 ]为
Key words :arcose ; dissolution ; secondary porosity
构成碎屑岩储层砂岩的主要组成有石英 、长 石和各种各样的岩屑 。其中 ,砂岩中含量最多的 石英 (含硅质碎屑) 的物理化学性质最稳定 。各种 岩屑 (除硅质外) 的物理化学性质最不稳定 ,在风 化或搬运过程中很容易遭到破坏或发生蚀变 ,因 而在距物源较远的区域内所形成的砂岩中一般含 量都不高 。长石类碎屑组分的物理化学性质的稳 定性 ,介于上述两者之间 ,因而在砂岩中分布比较 广泛 。但长石类矿物毕竟是岩浆分异过程 (在高 温条件下) 中形成的 ,它们的组成和分子结构都比 较复杂 。当温度降低 ,尤其是当其转移到沉积岩 的赋存环境时 , 就容易发生分解或溶蚀等反应 。
在酸性介质条件下 ,长石与水接触时 ,都将发 生非全等 溶 解 反 应 , 在 成 岩 变 化 中 称 溶 蚀 作 用 (corrosion) 。由于不同长石组成的不同 ,它们在溶 蚀过程中形成的次生孔隙也有差异 。 111 钾长石
钾长石比钠长石和钙长石更容易被溶蚀 ,沈 照理 、张以明等[3 ,4 ] 认为 ,钾长石在有水参与的条 件下就可以发生溶蚀反应 ,其反应式为
后可能形成的孔隙度最小值为 251776 ÷2161342 = 11191 %。
据汪正然等[5 ] ,钾长石在有水和 CO2 的酸性 介质条件下更容易进行 ,其反应式为
Al2 [ Si2O5 ] [ O H ]4 + 4SiO2 + K2CO3 (2) 高岭石 石英
(3) 对比反应 (1) 和反应 (2) 表明 ,当 2 摩尔的钾 长石被溶蚀后 ,将形成 1 摩尔的高岭石和 4 摩尔 的石英 ,反应前后固体矿物总体积的变化和次生 孔隙度与前述反应是相同的 ,所不同的是留在水 溶液中的离子 , 前者为 2 K+ 和 2 ( OH) - , 后者是 2 K+ + 2 HCO3 - 。 112 钠长石 在有水和碳酸的条件下 ,钠长石中的钠离子 将被溶出而进入水溶液中 ,其余的部分将变为次 生的高岭石等 ,其反应式为
摘要 :在酸性水介质条件下 ,长石类矿物都能发生程度不同的溶蚀反应并形成次生孔隙 。根据原始矿物和次生矿物的组 成和物理化学性质可以定量计算次生孔隙度 。钾长石被溶蚀时形成的次生孔隙度最高 ,达 11191 % ,钙长石形成的次生孔 隙度最低 ,为 0172 % ,钠长石和中长石形成的次生孔隙度介于两者之间 。长石溶蚀过程中所需的 CO2 ,一部分来自大气降 水或水与大气接触过程中所溶解的空气中的 CO2 ,另一部分则来源于有机质在生烃过程中的分解产物 。 关键词 :长石砂岩 ;溶蚀作用 ;次生孔隙度 中图分类号 : TE112. 221 文献标识码 :A
第 26 卷 第 2 期
石油与天然气地质
O IL & GAS GEOLO GY
文章编号 :0253 - 9985 (2005) 02 - 0220 - 04
长石砂岩次生溶孔的形成机理
李汶国 ,张晓鹏 ,钟玉梅
(中国石化西南石油分公司勘探开发研究院 ,四川成都 610081)
2005 年 4 月
Al2 [ Si2O5 ] [ O H ]4 + Ca2 + + 2 HCO3 - (5) 高岭石 1 摩尔的钙长石为 278 g 。钙长石的密度[5～7 ]
2 Hale Waihona Puke Baidu2
石油与天然气地质
第 26 卷
为 2176 g/ cm3 , 故 1 摩 尔 的 钙 长 石 的 体 积 为 1001725 cm3 。如前所述 ,溶蚀后所形成的 1 摩尔高 岭石的体积为 100 cm3 。
过渡型组分中长石在溶蚀过程中形成过渡型 次生矿物绢云母时 ,也可能形成次生孔隙 。据赵 伦山等[8 ] ,中长石 Na [ AlSi3O8 ]2Ca [ Al2 Si2O8 ]在发 生水 解 反 应 时 , 可 以 蚀 变 为 绢 云 母 , 同 时 析 出 SiO2 。该反应方程式为
KAl2[AlSi3O10 ][OH]2 + 2SiO2 + Na + + Ca2 + (6) 绢云母 石英 在上述反应中需要有 H + 和 K+ 参与 ,同时析 出 Na + 和 Ca2 + 。 中长石分子量为 540 ,绢云母分子量为 398 ,按中 长石的平均密度为2166 g/ cm3计算 ,1 摩尔的中长石 的体积为2031008 cm3 。所形成的 1 摩尔绢云母 ,按其 平均密度为2188 g/ cm3计算 ,其体积为1381194 cm3 。 与绢云母同时形成的 2 摩尔石英的重量为120 g ,按其 密度为2165 g/ cm3计算 ,其体积为451283 cm3 。 在上述溶蚀作用过程中 ,固体矿物的总体积 变化 为 191531 cm3 。可 能 形 成 的 次 生 孔 隙 度 为 191531 ÷2031008 = 9162 %。这就是说 , 在富钾条 件下 ,当中长石在溶蚀过程中有绢云母和次生石 英形成时 ,也可以形成相当多的次生孔隙 。 过渡 型 的 中 长 石 是 由 钠 长 石 和 钙 长 石 组 成 的 ,当它们处于酸性介质条件下发生水解反应时 , 最终的产物将是高岭石和石英 ,该反应实质上是 反应 (4) 和 (5) 的叠加 ,所形成的次生孔隙度也与 之对应 ,在此不再赘述 。
从各种长石的组成来看 ,无论是正长石还是斜长 石类 ,在其成分中都含有碱金属钾或钠离子 ,或含 碱土金属钙离子 ,它们在有水存在的酸性介质条 件下 ,都容易发生溶蚀反应并形成次生孔隙[1 ,2 ] 。 在含油气层系中 ,这些次生溶孔的形成对储层储 渗条件的改善具有重要意义 。
1 溶蚀作用
矿物与水接触时发生的溶解反应 ,据其反应产 物的不同分为两为类 ,即全等溶解 (dissolve congru2 ently) 和非全等溶解 (dissolve incongruently) [3] 。所谓 全等溶解是指矿物与水接触发生溶解反应时 ,其反
在这个溶蚀过程中 ,固体矿物总体积变化为 1001725 - 100100 = 01725 cm3 。
按原始钙长石所占据体积计算 ,在溶蚀过程 中所 形 成 的 次 生 孔 隙 度 为 01725 ÷1001725 = 0172 %。因此 ,钙长石在溶蚀过程中可能形成的 次生孔隙度最低 。 114 中长石
在反应 (1) 中还形成 4 摩尔石英 ,石英的分子 量为 60 , 4 摩 尔 石 英 的 重 量 为 240 g。石 英 的 密 度[5～7]为2165 g/ cm3 ,因此石英体积为901566 cm3 。
即上述溶蚀过程中 ,固体矿物溶蚀前后总体积 差 的 最 小 值 和 最 大 值 分 别 为 251776 cm3 和 291147 cm3 。
第一作者简介 :李汶国 ,男 ,72 岁 ,教授级高级工程师 ,石油地质及地球化学 收稿日期 :2005 - 04- 14
第 2 期
李汶国等 :长石砂岩次生溶孔的形成机理
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应产物都是溶解组分。例如方解石 (CaCO3) 、石膏 (CaSO4·2 H2O) 或硬石膏 ( CaSO4) 等矿物的溶解 , 其溶解反应的产物为 Ca2 + , CO32 - 和 SO42 - 。而 长石类的溶解则属于非全等溶解 。非全等溶解是 指矿物与水接触产生溶解反应时 ,其反应产物除 溶解组分外 ,还有新生成的一种或多种矿物或非 晶质固体物质 。长石在其溶解过程中 ,部分离子 被溶解进入溶液中 ,而另一部分组分则将转变成 新的矿物 。由于这些新生的矿物或称次生矿物与 原始矿物组成的不同 ,它们的分子量 、密度等物理 化学性质也不同 ,其所占据的体积空间将发生变 化 ,从而导致次生孔隙空间的产生 。
Abstract :In acidic aqueous media , feldspar minerals can be dissolved to some extents , leading to the formation of sec2 ondary pores. Secondary porosity can be quantitatively estimated based on the composition and physicochemical prop2 erties of the original and secondary minerals. Secondary porosity formed by dissolution of K2feldspar can be as high as 11. 91 % , while that of calcium feldspar is the lowest , being only 0. 27 % , and that of sodium feldspar and andesine range between the former two. Some of the CO2 needed for dissolving feldspar might have been sourced from meteoric water and/ or dissolved from the air when water got in touch with atmospheric air , while the others might have been the products of decomposition of organic matter during generation of hydrocarbons.