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CO_2流体—沉凝灰岩、凝灰质砂岩相互作用的实验研究

陈晨  
【摘要】:本文以FYX-1型高压釜为实验仪器,开展了不同温度下CO_2流体与沉凝灰岩、凝灰质砂岩相互作用的实验研究。主要研究目的为:解读CO_2流体与火山碎屑岩相互作用引起的溶蚀溶解作用和自生矿物的生成;探讨CO_2流体与火山碎屑岩相互作用模式。 在研究中,采用岩石学特征研究与开展CO_2流体-火山碎屑岩相互作用实验等方法,通过研究CO_2流体注入后火山碎屑岩发生的溶蚀、溶解作用以及新矿物的生成情况,对火山碎屑岩与CO_2的相互作用进行解读和研究,阐明了CO_2流体-火山碎屑岩相互作用特征,进一步完善了CO_2流体-火山碎屑岩相互作用机理。 实验中所使用的样品分别为采自拉布达林盆地上库力地区的上库力组剖面(E:120°28′,N:50°14′)沉凝灰岩和采自兴城地区南尖山义县组火山碎屑岩剖面(E:296677.10,4491022.40)凝灰质砂岩。其中沉凝灰岩主要由晶屑和岩屑组成,成岩作用类型主要为压实作用、胶结作用、脱玻化作用和蚀变作用;凝灰质砂岩为中粒凝灰质岩屑砂岩,成岩作用类型主要为压实作用、胶结和交代作用、蚀变作用。 通过对CO_2流体-火山碎屑岩相互作用实验结果的研究,发现随温度升高,长石、石英及火山碎屑物质溶蚀、溶解强度增大,并且在同一条件下火山碎屑物质的溶蚀强度大于长石的溶蚀强度;石英在150℃开始发生溶蚀、溶解作用。 反应后溶液中K~+主要来源于钾长石的溶解,最后富集在溶液中;Ca~(2+)、Mg~(2+)主要和火山碎屑物质的溶解有关,最后与HCO_3~-结合生成方解石和白云石;Tfe主要来自于中-基性火山岩岩屑等富含Fe的火山碎屑物质,最后与HCO_3~-结合生成菱铁矿;铝离子主要来自于长石的溶蚀、溶解,不同的溶液pH值,铝离子可以以不同的形式存在,最后发生脱水作用形成一水软铝石;SiO_2来源广泛,石英、长石以及火山碎屑物质溶蚀、溶解都可产生SiO_2。 通过与前人所开展的CO_2-长石相互作用实验、CO_2-石英相互作用实验、CO_2-凝灰岩相互作用实验的研究成果进行对比,证实凝灰岩、沉凝灰岩、凝灰质砂岩在CO_2注入实验后的质量损失依次减小,溶蚀、溶解作用依次减弱。这一现象说明,CO_2流体对火山碎屑岩的改造强度受火山碎屑岩中火山碎屑物质的含量高低的影响,火山碎屑物质含量的增加,CO_2对其改造作用逐渐增强。实验结束后,新生成矿物包括一水软铝石、菱铁矿和白云石等。


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