砂岩中捕获CO2形成的自生碳酸盐矿物稳定性研究

In this work, dawsonite-bearing sandstone in the Bohai Bay basin and the Songliao Basin are the object of study, and the multidisciplinary research methods of petrology - geochemistry - hydrothermal experiments are used, and the authigenic mineral assemblages and diagenetic symbiotic sequence of dawsonite-bearing sandstone are determined through the research on geological occurrence of the dawsonite cement in dawsonite-bearing sandstone. .Through CO2-H2O-different types of sandstone hydrothermal experiments and formation water - dawsonite-bearing sandstone hydrothermal experiments, this study discusses the transformation of reservoir sandstones by the CO2 fluid, and determines the upper limit temperature of the dawsonite and other authigenic carbonate mineral to stabilize, and identifies the temperature range and the range of PH value of dawsonite to stabilize. .This study provides the basic geological basis for CO2 geological storage and the basic geological information for the exploration and development of natural CO2 gas reservoirs.

以渤海湾盆地和松辽盆地中的含片钠铝石砂岩为研究对象，采用岩石学-地球化学-水热实验等多学科相结合的综合研究方法，通过含片钠铝石砂岩中片钠铝石胶结物的地质产状研究，确定含片钠铝石砂岩的自生矿物组合及成岩共生序列。利用CO2-H20-不同类型砂岩水热实验和地层水－含片钠铝石砂岩水热实验，探讨CO2流体对储层砂岩的改造，确定片钠铝石等自生碳酸盐矿物稳定存在的上限温度，查明片钠铝石等稳定存在的温度区间和PH值范围。为CO2地质存储提供基础地质依据，同时为天然CO2气藏的勘探开发提供基础地质信息。

砂岩中捕获CO2形成的自生碳酸盐矿物稳定性研究，对CO2地下存储或CO2驱油有重要的理论意义和指导意义。片钠铝石是固化CO2气体的最佳矿物，因而其形成条件与稳定性研究是本项目的核心。以渤海湾盆地东营凹陷和松辽盆地的含片钠铝石砂岩为研究对象，通过岩心观察、薄片鉴定、扫描电子显微镜观察、X射线荧光光谱分析和稳定同位素分析等方法，开展了含片钠铝石砂岩岩石类型、成岩共生序列、形成片钠铝石的CO2成因等研究。形成了一套以片钠铝石为主线，确定CO2时间的方法。设计CO2-H2O-含片钠铝石砂岩水热实验，展开不同pH值、温度条件下的研究，查明片钠铝石稳定存在的温度区间和pH值范围。.东营凹陷含片钠铝石砂岩定名为细粒-中粒含片钠铝石长石砂岩、细粒-中粒含片钠铝石岩屑长石砂岩，成岩共生序列依次为：伊蒙混层-高岭石-次生加大石英-方解石-铁方解石-片钠铝石-铁白云石。阐明了埋藏深度和长石含量是片钠铝石发育的两个主控因素。形成片钠铝石的CO2绝大部分属于幔源-岩浆型CO2，其中也混入了少量有机成因CO2。确定长岭凹陷－华字井阶地形成片钠铝石的CO2充注可能时限为58.8～37Ma。.相同pH值（pH=4）不同体积（10ml、80ml、500ml）条件下实验研究显示：随着反应溶液体积的升高，片钠铝石溶蚀程度增强，片钠铝石稳定性降低；相同体积（V=500ml）不同pH值（pH=4/5/7/9）条件下实验研究显示：pH值在此范围增大对片钠铝石溶解速率影响不显著。确定出pH值（4＜pH＜9）不是片钠铝石溶解程度发生改变的主控因素。因此，在研究天然片钠铝石稳定性时，可以排除pH值造成的影响。.五组不同温度的实验结果显示：120 ℃时片钠铝石普遍发生溶解，晶体中碳铝酸链之间发生断裂，Na+脱离晶格，片钠铝石开始向水软铝石转化；140 ℃时片钠铝石发生强烈溶解，造成晶体中碳铝酸链内部断裂，CO32-脱离晶格，片钠铝石进一步向水软铝石转化；160 ℃时片钠铝石晶体内仅残余Al-O键及O-H键，完全转化为水软铝石，溶液中Ca2+、Mg2+、TFe的质量浓度显著降低，沉淀析出绿泥石。温度对片钠铝石稳定性影响规律表明：片钠铝石稳定存在的温度临界值为120 ℃。当温度<120 ℃时，片钠铝石稳定存在；当温度≥120 ℃时，片钠铝石的稳定性降低，逐渐向水软铝石转化。