页岩的深部风化特征和超微孔隙度发育——一项中子研究
详细信息
- 责任者：Jin ; L.2300^a朱起煌
- 刊名：石油地质科技动态
- 出版年：2012
- 卷期：^b1总158
- 关键词：风化壳 ; 孔隙度 ; 页岩12^a美国20^a粘土矿物 ; 分形分析 ; 中子 ; 溶蚀作用 ; 碎屑岩
- 页码：61～80
- 索书号：P452.06/167-23
- 图表：^c表3插图
- 分类号：0630
- 文摘期号：2012/11/a
摘要
在萨斯奎汉纳/页岩山（susquehanna/shale Hills）观测站（SSHO），作者利用小角度和超小角度的中子散射（SANS/USANS）研究了正在风化的罗斯山（Rose Hill）组页岩的超微尺度特征的演化。这里称为中子散射（NS）的SANS/USANS技术可以描述大小为3 nm上下到几个微米的孔隙。利用NS研究了在山顶用气动钻获取的页岩碎片（“风化岩”）或手控螺旋钻获取的页岩碎片（“风化层”）。可以推测大约在20 m深度溶蚀作用已使铁白云石在基岩中消失，而用于NS研究的所有页岩碎片都采自这一铁白云石溶蚀带的上方。NS研究证实，无铁白云石岩石的总体积有5%～6%是由分隔的粒内孔隙构成的。在5 m深度，孔隙度和表面积的突然增大对应于有关风化岩中长石溶蚀作用的开始，因而其主要成因可以归结为15 000年前开始的冰穿边缘作用。在风化岩‐风化层界面以下几十厘米处，由于绿泥石和伊利石开始发生溶解，所以孔隙度和表面积也有明显增加。这些黏土矿物的溶解反应促进了风化岩向风化层的转化。在整个风化层，页岩碎片的粒内孔隙连接成为较大的粒问孔隙，而散射特征也由深处的体分形变为接近地表的面分形。孔隙形态也由深处的各向异性变为最上部的各向同性，前者可能与早先的大地构造活动在岩石中形成的铅笔劈理有关，而后者的成因在于黏土的风化。在风化作用最强烈的风化层，高岭石和氢氧化铁发生沉淀，堵塞了一部分连通的孔隙。这些沉淀物的出现以及因黏土风化而使更多石英暴露出来，都对最上部样品的矿物‐孔隙界面面积的下降有作用。这些观测结果符合SSHO的基岩‐风化岩‐风化层的转化，其原因在于：（1）有反应物（即水、氧气等）运移进入了原生孔隙和由构造事件和冰川边缘效应所形成的裂缝中；（2）矿物‐水反应以及颗粒的损失使孔隙度增大，也使进入岩石的水增加。从深处到浅部，矿物‐水反应可以从基本由运移控制的状态变为由动力学控制的状态，前者的孔隙度大体上是由早先的大地构造活动确定的，而后者的孔隙度会因气候推动的作用而发生变化。