[學(xué)習(xí)]定量?jī)?chǔ)層地質(zhì)學(xué)講稿chp1-2n

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,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。,第二

2、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。,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?！　?這種模型則是交代后的礦物體

3、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。,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.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

4、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=ΣniVgi

5、 i=1 式中: ni─第i種礦物的克分子數(shù)， Vgi─第i種礦物的克分子體積 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

6、 交代作用后的礦物體積為： N2 V2=ΣnjVj j=1 交代作用前后巖石體積改變率 V2 - V1fg=───×100% V1,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

7、定量評(píng)價(jià)方法 3.計(jì)算實(shí)例 在鈉長(zhǎng)石和高嶺石交代石英和斜長(zhǎng)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(zhǎng)石(CaAl2Si3O8)被2個(gè)克分子的鈉長(zhǎng)石(NaAlSi3O8）和1個(gè)克分子的高嶺石(Al2Si2O5(OH)4 )交代，可分別計(jì)算出四種礦物的體積。,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++2N

8、a++2CaAl2Si3O8─2NaAlSi3O8+Al2Si2O5(OH)4+2Ca++ 石英 鈣長(zhǎng)石 鈉長(zhǎng)石 高嶺石 反應(yīng)前兩種礦物（被交代礦物） 28+2×16　　　石英克分子體積

9、Vsio2 = ────── = 22.64cm3/克分子 2.65 258 V鈣長(zhǎng)石= ─── =93.48cm3/克分子 2.76反應(yīng)前體積 V1=nsio2.

10、Vsio2+n斜長(zhǎng).V斜長(zhǎng) =4×22.64+2×93.48 =277.52cm3,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 反應(yīng)后的礦物為鈉長(zhǎng)石和高嶺石 鈉長(zhǎng)石的比重：2.61克/cm3，克分子量：242克 242　V鈉長(zhǎng)石= ─── =92.72cm3/克分子 2.6

11、1,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=2×92.72+99.5×1 　　 =284.94cm3 V2-V1 284.94 - 277.52 fg = ──── = ────────×100%

12、 V1 277.52 = 2.67%,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　　 ⑴交代作用性質(zhì)評(píng)價(jià) 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)fg>0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)fg<0時(shí)，巖石體積減少，孔隙體積增加，為建設(shè)性的交代作用。,第二節(jié) 交代作用的定

13、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　 　⑵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,第二

14、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　 ?、平淮饔脙?chǔ)層意義的定量評(píng)價(jià)　 交代作用對(duì)儲(chǔ)層的改造作用可用改造程度(Cd)來衡量，設(shè)Cd為： DV DV Ve Vm 　　Cd = ─── = ─── × ─── × ─── = f

15、g×Ed×fm 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 --

16、參加交代作用礦物的體積,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　 ?、平淮饔脙?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)

17、 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)。,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

18、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：①白云巖化作用改善了儲(chǔ)集性（導(dǎo)致孔隙度的增加）；②白云巖化作用降低孔隙度；③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（

19、約80～90%以上）時(shí)孔隙度降低。,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) 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?！　?

20、 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

21、，則體積增加74%，因此它是增加巖石體積，減少孔隙空間的過程?！?　　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.

22、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　　　　　　　　　　　 　?。荆啊　　∽詣?dòng)過程　　　　　　?。ā鳎樱┕隆?＜０　　　不可能自動(dòng)發(fā)生的過程　　　　　　　　　　　　?。剑啊　　】赡孢^程或平衡狀態(tài)的標(biāo)志　　 當(dāng)體系不作有用功時(shí)為向著自由能減少

23、的方向進(jìn)行　　　　　　　　　　　　?。迹啊　　∽詣?dòng)（自發(fā)）過程　　　　　（△Ｇ）ＰＴ　　　　　　　　　　　　?。剑啊　　∑胶鉅顟B(tài)的標(biāo)志　　 由平衡常數(shù)與自由能改變量的關(guān)系式△Ｇ＝－ＲＴlnＫ可得平衡控制常數(shù)反應(yīng)方向的物理化學(xué)原理，即　　　　　　　　　　　　?。荆薄　　》磻?yīng)向右進(jìn)行　　　　　　　?。恕　　　。迹薄　　》磻?yīng)向左進(jìn)行　　　　　　　　　　　　　＝１　　　平衡狀態(tài),第三節(jié)　成巖作用順序的定量評(píng)價(jià),一、成巖作

24、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。溶蝕作用是礦物在非飽和過程。綜上所述，這些過程都是在自然條件下，

25、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

26、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　　 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

27、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；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

28、，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＜０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≥０時(shí)必須有外部能量的加入才能產(chǎn)生。,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

29、應(yīng)自由能:孔隙增加為 △Z=-(520.0+132.2)-(-2×269.8-109.0)≈-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+0.88×132.2)+(1.88×269.5+109+0.12

30、×126.2) =-5.24 交代方解石時(shí) △Z=-(520.0+0.74×132.2)+1.74×269.8+109+0.26×126.2) =-6.56,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

31、,第三節(jié)　成巖作用順序的定量評(píng)價(jià),四、應(yīng)用實(shí)例 3.Ｍａｘｏｎ砂巖的成巖作用順序,第三節(jié)　成巖作用順序的定量評(píng)價(jià),四、應(yīng)用實(shí)例 3.Ｍａｘｏｎ砂巖的成巖作用順序,第一章 作業(yè),1、試述成巖作用過程定量評(píng)價(jià)的儲(chǔ)層意義2、舉例說明定量評(píng)價(jià)交代作用的方法3、簡(jiǎn)述確定成巖作用順序的原理4、已知儲(chǔ)層的膠結(jié)物和其他自生礦物的總含量為7%，目前有效孔隙度為22%，儲(chǔ)層的溶蝕作用微弱，試定量評(píng)價(jià)壓實(shí)壓溶作用和膠結(jié)作用分別減少的