定量?jī)?chǔ)層地質(zhì)學(xué)講稿chp12N課件

1、定量?jī)?chǔ)層地質(zhì)學(xué)第一章第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)西南石油學(xué)院2006年4月羅明高第1頁，共31頁。主要內(nèi)容一、交代作用的儲(chǔ)層模型二、交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià)方法三、常見的交代作用類型的定量評(píng)價(jià)第2頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)一、交代作用的儲(chǔ)層模型1.等體積交代模型 這種模型是在交代過程中巖石的體積沒有發(fā)生變化，僅僅是其成分發(fā)生了變化；這種交代作用通常作用在等大晶體的交代作用中，或者在局部選擇性交代作用中。圖1-26 等體積交代模型第3頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)一、交代作用的儲(chǔ)層模型2.增加礦物體積模型 這種模型是交代作用后的礦物體積較交代前礦物體積大。這類膠結(jié)作用通常

2、發(fā)生在顆粒邊緣的交代作用，其結(jié)果表現(xiàn)為在顆粒邊緣交代強(qiáng)烈，形成交代物的完整成分，在顆粒中心仍殘留有被交代礦物。完全的交代作用也常屬這種模型。 圖1-27 增加礦物體積模型第4頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)一、交代作用的儲(chǔ)層模型 3.減少礦物體積模 這種模型則是交代后的礦物體積較前礦物體積小。這類作用多發(fā)生于顆粒內(nèi)部的選擇性交代作用中，其結(jié)果常形成交代礦物與未交代部分間存在大量孔隙（晶間孔）；也常發(fā)生在火山巖屑等不穩(wěn)定物質(zhì)的交代作用中，結(jié)晶程度差的礦物被結(jié)晶程度好的礦物交代。圖1-28 減少礦物體積模型第5頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)二、交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià)方法 1.

3、原理 交代作用是一種在地下進(jìn)行的地球化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)前后質(zhì)量守衡，反應(yīng)前后的相態(tài)和各相的體積比將發(fā)生變化，固相體積的變化影響了儲(chǔ)層的孔隙度，因此交代作用對(duì)孔隙度的影響可通過定量計(jì)算交代作用前后礦物體積的改變量來確定。交代作用參加反應(yīng)的有礦物和孔隙介質(zhì)中流體所含的離子，這些離子是溶解在水中，因此不占體積，故在計(jì)算交代前后的體積時(shí)，只計(jì)算礦物的體積。 第6頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)二、交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià)方法2.計(jì)算方法 設(shè)：交代前的體積為V1,交代后的體積為V2,則交代作用前的礦物體積為： N1 V1=niVgi i=1 式中: ni第i種礦物的克分子數(shù)， Vgi第i種礦物的克

4、分子體積 Mi Vgi= di Mi第i種礦物的克分子量 di第i種礦物的克分子體積第7頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)二、交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià)方法 交代作用后的礦物體積為： N2 V2=njVj j=1 交代作用前后巖石體積改變率 V2 - V1fg=100% V1第8頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)二、交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià)方法 3.計(jì)算實(shí)例 在鈉長石和高嶺石交代石英和斜長石的過程中，有4個(gè)克分子的石英(SiO2）和2個(gè)克分子的斜長石(CaAl2Si3O8)被2個(gè)克分子的鈉長石(NaAlSi3O8）和1個(gè)克分子的高嶺石(Al2Si2O5(OH)4 )交代，可分別計(jì)

5、算出四種礦物的體積。 第9頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)二、交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià)方法 3.計(jì)算實(shí)例 4SiO2+H2O+2H+2Na+2CaAl2Si3O82NaAlSi3O8+Al2Si2O5(OH)4+2Ca+ 石英 鈣長石 鈉長石 高嶺石 反應(yīng)前兩種礦物（被交代礦物） 28+216石英克分子體積 Vsio2 = = 22.64cm3/克分子 2.65 258 V鈣長石= =93.48cm3/克分子 2.76反應(yīng)前體積 V1=nsio2.Vsio2+n斜長.V斜長 =422.64+293.48 =277.52cm3第10頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)二、交代作用儲(chǔ)

6、層意義的定量評(píng)價(jià)方法 3.計(jì)算實(shí)例 反應(yīng)后的礦物為鈉長石和高嶺石 鈉長石的比重：2.61克/cm3，克分子量：242克 242V鈉長石= =92.72cm3/克分子 2.61 第11頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)二、交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià)方法 3.計(jì)算實(shí)例 高嶺石 比重和克分子量可查得： V高嶺石=99.5cm3/克分子V2=292.72+99.51 =284.94cm3 V2-V1 284.94 - 277.52 fg = = 100% V1 277.52 = 2.67%第12頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)二、交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià)方法 4.應(yīng)用 交代作用性質(zhì)評(píng)價(jià)

7、 利用相對(duì)改變量fg的大小即可定量評(píng)價(jià)交代作用的性質(zhì)，當(dāng)fg0時(shí)，巖石體積增加，孔隙體積減少，屬破壞性的交代作用；當(dāng)fg0時(shí)，巖石體積減少，孔隙體積增加，為建設(shè)性的交代作用。第13頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)二、交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià)方法 4.應(yīng)用 交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià)通過定量計(jì)算可評(píng)價(jià)交代作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，設(shè)交代程度(Ed)為： Ve Ed = 100% Vm式中: Ve - 參加交代作用的礦物體積 Vm - 總礦物體積第14頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)二、交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià)方法 4.應(yīng)用 交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià) 交代作用對(duì)儲(chǔ)層的改造作用可用

8、改造程度(Cd)來衡量，設(shè)Cd為： DV DV Ve Vm Cd = = = fgEdfm Vt Ve Vm Vt式中: Vt - 顆粒骨架體積 DV - 骨架體積改變量 fg - 交代作用相對(duì)改變量 Ed - 交代程度 fm - 參加交代作用礦物的體積第15頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)二、交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià)方法 4.應(yīng)用 交代作用儲(chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià) 孔隙度的改變量DF為: DV DV Vt DF = = = Cd(1-F) VT Vt VT 式中: VT - 巖石總體積(顆粒骨架體積與孔隙體積之和) F - 交代作用前的孔隙度，小數(shù)由上式即可定量計(jì)算交代作用對(duì)孔隙度的貢獻(xiàn)

9、。第16頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)三、常見的交代作用類型的定量評(píng)價(jià) （略） 白云巖化作用 白云石交代了碳酸鹽巖礦物（方解石或文石），其作用在碳酸鹽巖中是十分常見的，目前大多數(shù)學(xué)者相信在地層中出現(xiàn)的白云巖多數(shù)是由這種交代作用產(chǎn)生的，而不是直接化學(xué)沉淀形成的。 這種白云巖化作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙度的影響在很多研究者的報(bào)告中均有論述，各抒己見，主要有三種：白云巖化作用改善了儲(chǔ)集性（導(dǎo)致孔隙度的增加）；白云巖化作用降低孔隙度；白云巖化對(duì)孔隙度的影響視其程度的不同而異，當(dāng)白云巖化程度比較低時(shí)，孔隙度有增加，而當(dāng)白云巖化程度較高（約8090%以上）時(shí)孔隙度降低。第17頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的

10、定量評(píng)價(jià)三、常見的交代作用類型的定量評(píng)價(jià) 孔隙增加的化學(xué)反應(yīng)式： 2CaCO3+Mg+ CaMg(CO3)2+Ca+ 當(dāng)被交代礦物為文石時(shí)，礦物縮小的體積為5.76%，而如果是方解石時(shí)，礦物縮小的體積為12.96%，因此是增加了孔隙體積。 從上述反應(yīng)可見，反應(yīng)前后是沒有改變?nèi)芤褐薪饘訇栯x子的數(shù)量，因此稱之為等離子交代作用。 第18頁，共31頁。第二節(jié) 交代作用的定量評(píng)價(jià)三、常見的交代作用類型的定量評(píng)價(jià) 減少孔隙的化學(xué)反應(yīng)式： CaCO3+Mg+CO3- CaMg(CO3)2 這一反應(yīng)中如果被交代礦物為文石則礦物的體積將增加88.5%，如果是方解石，則體積增加74%，因此它是增加巖石體積，減少孔

11、隙空間的過程。 等體積交代的化學(xué)反應(yīng)式： (2-x)CaCO3+Mg+xCO3- CaMg(CO3)2+(1-x)Ca+當(dāng)被交代礦物為文石時(shí)，x取0.12，是方解石時(shí)x=0.26，此時(shí)反應(yīng)前后的巖石體積將不發(fā)生變化，而只有離子濃度的變化（減少）。第19頁，共31頁。第三節(jié)成巖作用順序的定量評(píng)價(jià)一、成巖作用的基本理論特征1.熱力學(xué)定律 熱力學(xué)第二定律指出，任何自發(fā)過程都是不可逆過程，其實(shí)質(zhì)是使熵增加的過程，也是使自由能量減少的過程，據(jù)此可獲得熱力學(xué)第二定律的幾種不同數(shù)學(xué)表達(dá)式。 在孤立體系中有熵增加原理，即 自動(dòng)過程（）孤 不可能自動(dòng)發(fā)生的過程可逆過程或平衡狀態(tài)的標(biāo)志 當(dāng)體系不作有用功時(shí)為向著自

12、由能減少的方向進(jìn)行自動(dòng)（自發(fā)）過程（）平衡狀態(tài)的標(biāo)志 由平衡常數(shù)與自由能改變量的關(guān)系式ln可得平衡控制常數(shù)反應(yīng)方向的物理化學(xué)原理，即反應(yīng)向右進(jìn)行反應(yīng)向左進(jìn)行平衡狀態(tài)第20頁，共31頁。第三節(jié)成巖作用順序的定量評(píng)價(jià)一、成巖作用的基本理論特征 2.物理化學(xué)實(shí)質(zhì)沉積物沉積、壓實(shí)、壓溶以后，在地下的地質(zhì)演化是一系列的物理化學(xué)過程。主要的成巖作用有膠結(jié)作用、交代作用和溶蝕作用，膠結(jié)作用是地下水溶液中的物質(zhì)在過飽和狀態(tài)下析出、結(jié)晶形成礦物的過程，是多組分系統(tǒng)的相態(tài)轉(zhuǎn)變，形成新相態(tài)平衡的物理化學(xué)過程。交代作用是有其它物質(zhì)加入或帶出的礦物轉(zhuǎn)化地質(zhì)過程，為多組分系統(tǒng)中的固相相互轉(zhuǎn)化的物理化學(xué)過程。溶蝕作用是礦物

13、在非飽和過程。綜上所述，這些過程都是在自然條件下，自發(fā)產(chǎn)生的物理化學(xué)過程，每種地質(zhì)成巖作用都可用相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式來描述，根據(jù)反應(yīng)物和生成物的熱力學(xué)參數(shù)可計(jì)算每一過程瓜前后熵、焓和自由能改變量，通過比較各不同過程的改變量可確定其相對(duì)發(fā)生的順序，這是確定自然界各種成巖事件發(fā)生相對(duì)順序的物理化學(xué)思想。第21頁，共31頁。第三節(jié)成巖作用順序的定量評(píng)價(jià)二、成巖作用順序模型1.同源模型 指各種不同的成巖作用順序事件在不同的時(shí)期都作用在相同的巖石上的特征模型。圖1-32 異地成巖作用模型2.異地作用模型 指在各種不同時(shí)期的成巖作用事件發(fā)生在不同的巖石顆粒上的特征模型。第22頁，共31頁。第三節(jié)成巖作用順

14、序的定量評(píng)價(jià)三、成巖作用順序的定量確定 確定方法包括寫出每種成巖作用的反應(yīng)方程式、定量計(jì)算反應(yīng)自由能、根據(jù)自由能定量排序三個(gè)基本步驟。1.化學(xué)反應(yīng)方程式的確定 2.計(jì)算反應(yīng)自由能 化學(xué)反應(yīng)的自由能是指其自由能改變量，等于生成物總自由能減去反應(yīng)物的總自由能。計(jì)算反應(yīng)自由能的方法較多，使用較廣泛的是根據(jù)熱力學(xué)第三定律，利用熵和焓近似計(jì)算。當(dāng)DCp=0時(shí)有當(dāng)DCp為恒定時(shí)有第23頁，共31頁。第三節(jié)成巖作用順序的定量評(píng)價(jià)三、成巖作用順序的定量確定 3.根據(jù)反應(yīng)自由能確定順序成巖作用的環(huán)境可能為封閉體系，也可能為非封閉體系。無重大地質(zhì)事件（如構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、火山、地震等）時(shí)，各種成巖作用過程可看成封閉體系；

15、由于地質(zhì)事件而引起地表水或地殼深處水的滲入、熱液巖漿的侵入、生油層中油氣初次運(yùn)移等，使儲(chǔ)層內(nèi)的物理化學(xué)條件好生明顯變化，則這時(shí)的成巖作用可看成非封閉體系。熱力學(xué)第二定律均適合于這兩種體系，因此根據(jù)各種成巖作用反應(yīng)自由能的大小序列能的大小序列能確定其先后次序，即DGr時(shí)，該成巖作用為為外部能量的加入而自發(fā)產(chǎn)生的地質(zhì)過程，DGr越小其發(fā)生的時(shí)間越早，DGr越大則發(fā)生的時(shí)間越晚；DGr時(shí)必須有外部能量的加入才能產(chǎn)生。第24頁，共31頁。第三節(jié)成巖作用順序的定量評(píng)價(jià)四、應(yīng)用實(shí)例 1.白云巖化 據(jù)此可計(jì)算各反應(yīng)式的反應(yīng)自由能:孔隙增加為 Z=-(520.0+132.2)-(-2269.8-109.0)-

16、652.2+648.6= - 4.0(kcal/mol)孔隙減少為 Z=-520.0+(269.8+109.0+126.2)=-5200+505.0= - 15.0孔隙不變?yōu)?交代文石時(shí) Z=-(520.0+0.88132.2)+(1.88269.5+109+0.12126.2) =-5.24 交代方解石時(shí) Z=-(520.0+0.74132.2)+1.74269.8+109+0.26126.2) =-6.56第25頁，共31頁。第三節(jié)成巖作用順序的定量評(píng)價(jià)四、應(yīng)用實(shí)例 2.勝利油田第三系碎屑巖的成巖作用順序第26頁，共31頁。第三節(jié)成巖作用順序的定量評(píng)價(jià)四、應(yīng)用實(shí)例 2.勝利油田第三系碎屑巖的成巖作用