特态矿物形成的化学作用

一、化学作用过程

伴随着烃类气体从油气藏 ( 层) 向地表垂直微渗漏的二氧化碳，或者由微生物降解烃类产生的二氧化碳，能与粘土矿物反应形成次生方解石和硅化 ( Kartsev et al. ，1959)及菱铁矿。

硫化氢与岩石中的含铁矿物发生如下化学反应，形成黄铁矿、磁铁矿等。

特态矿物法及其在石油勘探中的应用

在还原环境下:

特态矿物法及其在石油勘探中的应用

显然，H2S的产生主要决定了FeS2的形成，而FeS2是磁黄铁矿的主要物质来源(Goldhaber et al.，1991)。Sassen et al.(1989)以得克萨斯州Demon Mound盐丘中碳酸盐盖层岩石及上覆沉积岩中原油普遍渗漏情况为例，探讨了硫酸盐的还原作用与原油的蚀变作用期间磁黄铁矿的形成机制，这是研究与烃类相关的硫成矿作用的极好例子，它为岩石中原油运移、微生物活动及成岩作用磁性矿物之间的联系提供了证据。他们对盖层岩石中方解石的扫描电镜(SEM)分析结果显示，固体原油残留物、微生物与硫酸盐矿物及亚铁磁性的磁黄铁矿之间密切相关，并与黄铁矿、闪锌矿、白铁矿也密切相关，硫元素与硫酸盐的还原作用相关，烃的碳同位素与原油烃的微生物氧化作用相关。而从含磁黄铁矿样品中提取的原油烃类明显较少受到生物降解作用的蚀变。C1～C4烃的生物降解作用最为明显，反之，重烃最为明显受到水洗作用的浊变。

在铁的硫化矿物中，硫的来源具有不同的途径，有机、无机机理均可产生硫化物，并可能受烃渗漏带的深度及温度条件的控制，如在Cement油田，位于二叠纪地层下部的重硫可能来自储层中水成硫化物的热化学反应，它由Pennsylvania组或更老地层中硫酸盐矿物的还原产生。靠近地表轻硫-细菌硫化物是在开放的硫酸盐条件下形成的。而细菌硫化物是由厌氧细菌产生的，磁黄铁矿只在主要产层以下深达200～500m的地层中出现，这表明了次生成矿作用与烃渗漏之间存在联系。虽然控制磁黄铁矿形成的因素还不很清楚，但至少与促使黄铁矿含量增高的Eh的升高或铁与硫化物比值的减少等条件的变化相关。

磁黄铁矿的形成不仅取决于温度，同时还取决于硫离子的浓度。在硫化氢浓度增高的情况下，二价铁与之反应形成黄铁矿(FeS2)而硫化氢浓度不大时，二价铁与之反应则形成磁黄铁矿(FeS)。但是，柴达木盆地特态矿物研究的结果则恰好相反。磁黄铁矿大多出现在硫离子浓度更高的含膏盐层的剖面上，且在磁黄铁矿的周围基本上都可观察到稻草黄晕。而黄铁矿则出现在硫离子浓度更低的不含膏盐层的砂泥岩剖面上。

上述反应形成的黄铁矿、磁黄铁矿在Eh值大于零的岩石孔缝系统内形成后，受围岩氧化环境的影响氧化并同时水解，发生褐铁矿化作用，生成褐铁矿［Fe(OH)3］。

硫磺的形成途径可能有如下两种:一是硫化氢微渗漏至地表(或暴露于空气中)，在氧化条件下经物理-化学作用而形成，其反应式为

特态矿物法及其在石油勘探中的应用

另一种是由于烃类微渗漏而形成的黄铁矿或其他硫酸盐暴露地表经强氧化分解成在黄铁矿氧化形成Fe2(SO4)3之后，这种硫酸盐又作用于黄铁矿而形成硫磺，其化学反应式如下所示:

特态矿物法及其在石油勘探中的应用

二、二价铁和硫化氢的来源

二价铁和硫化氢的存在和持续不断的补给是特态矿物形成的关键。

1.二价铁的来源

在黑、灰和绿色等还原性岩石中，铁离子主要以二价的形式存在。但是，在褐、紫、红等氧化性岩石中，铁离子则主要以三价的形式存在，当来自油气藏(层)的烃及非烃组分通过岩石的孔缝系统时，利于其形成局部还原环境，使围岩表面的三价铁还原成二价铁。化学反应消耗的与继续反应需要的二价铁将由于浓度梯度引起的平衡作用和持续进行的还原反应得以补充。

2.硫化氢的来源

1)石油中含有少量的硫，在适宜的条件下，硫同石蜡族烃相互作用形成硫醇等有机物，受热后分解生成硫化氢，石油发生运移时这种作用增强。此外，石油中原有的硫化物、硫醇及其他有机硫化物热解也可以生成硫化氢。在柴达木盆地西部油气区内除七个泉、狮子沟两油田原油的含硫量为0.3%～0.87%外，其他各油田原油的含硫量均为0.1%～0.3%。

油气井开发中也可生成硫化氢。苏联乌辛油田1977年开始天然驱动力式进行开发，含硫量高达2.1%，埋深1100～1450m。1982年热采，开发初期未发现硫化氢，后来在油气和水中却含有硫化氢。1982～1986年，在原油初馏段所产出的气体中，硫化氢从14mg/m3增加到358mg/m3(即从0.001%增加到0.025%)，且不论天然驱开发区还是热采区，都有硫化氢产出。在天然驱采区的2610和2611两井所采出的气中，硫化氢含量很高，这两口井位于二叠—石炭系碳酸盐岩地层的高裂缝带。

模拟研究表明，当温度为200～250℃时，地层系统的物理-化学性质起了质的变化，此时，生成大量的气体，而且成分也发生了变化:饱和烃量减少，硫化氢和二氧化碳的浓度增加，并出现不饱和烃。温度到250℃，硫化氢含量高达1%，比100℃时的0.33%增加30倍。

2)天然气中含有硫化氢，也含有少量的有机硫化物(如硫醇、硫醚、二硫化物等)，这些有机硫化物热解可生成硫化氢。

天然气中硫化氢含量小于0.3%时称为低含硫气，0.3%～1%称为含硫气，1%～5%称为中含硫气，大于5%者称为高含硫气。天然气中的硫化氢有原生(有机质热解成气的同生物)和次生(硫酸盐还原)两种。有机质(如蛋白质)分解产物中氨基酸、半胱氨酸、胱氨酸和蛋氨酸等均含有硫化物，在温度40～230℃时分解产生硫化氢。

次生硫化氢则是硫酸盐还原产生，形成的是高含硫气藏，如美国得克萨斯气田含硫化氢达98%，我国冀中凹陷赵兰庄气田硫化氢含量达92%，法国克拉气田天然气中硫化氢含量为16%。主要成因是:1t硬石膏(CaSO4)与烃类气体(如甲烷)的化学反应可产生150m3硫化氢，在硫酸盐与碳酸盐沉积旋回中的油气层中，天然气中硫化氢含量均高。

原生硫化氢主要出现在陆源砂泥岩沉积旋回的气层内，而次生硫化氢主要出现在碳酸盐岩沉积旋回中气层内。原生硫化氢富集重硫同位素，且与伴生的黄铁矿的硫同位素一致，次生的硫化氢富集轻硫同位素，且与周围的硬石膏的硫同位素一致。

3)来自大气水中的厌氧细菌分解烃类产生硫化氢，反应式为

特态矿物法及其在石油勘探中的应用

由于天然气中含丰富的甲烷，所以不缺乏形成特态黄铁矿、磁铁矿、磁黄铁矿所需的硫化氢。

胶结物成分对岩石的硬度、能干性等都有影响。

泥质胶结相对于钙质胶结和硅质胶结较软。

1.定义：胶结物是碎屑岩在沉积、成岩阶段，以化学沉淀方式从胶体或真溶液中沉淀出来，充填在碎屑颗粒之间的各种自生矿物。

2.成因：化学沉淀

3.常见的胶结物类型

（1）硅质胶结物：蛋白石、玉髓、石英

（2）碳酸盐胶结物：方解石、白云石、菱铁矿等

（3）铁质胶结物：赤铁矿、褐铁矿

（4）其它胶结物：粘土矿物、石膏、硬石膏、黄铁矿、磁铁矿、磷酸盐类矿物等

泥质一般较软，如果填隙物多的话，可以看到贝壳状断口，比较滑，用手捻不会有沙质感，铁质一般颜色比较深，红褐色，硅质较硬，一般在石英、长石质石英砂岩中，沉积石英岩中，碎屑成份一般含石英较多，色浅（一般浅灰白，有铁染时呈肉红色），石英多时会看到岩石断面上的油脂光泽，钙质一般出现在碳酸盐岩地区，与硅质特征有些相近，但硬度较低，角砾成分也以碳酸盐为主。

泥质、铁质、钙质、硅质胶结物在显微镜下简单的能区别，但是铁质和钙质区分不开。再说泥质可以有钙质也可以有铁质，楼主的问题也欠妥。楼主是想区分胶结物形态呢还是想做胶结物的成分，但是我说得这些方法绝对有用，而不像5楼说得一物用处，我觉得你们还没接触这些方法，你可以和你们的导师探讨一下。

假设片中有大量碳酸盐胶结物不能确定类型，x射线显示为白云石，只需要鉴定其铁含量就能确定矿物，当然如果连胶结物都不认识，x射线显示石英，你非把这个做胶结物，那就没办法了。

阴极发光也是同样道理，首先你得知道，哪些是胶结物，哪些不是，在加以判断，

在阴极发光下 铁含量高的胶结物 一般发红色光；镁含量高的胶结物一般发橙色光；菱铁矿发橙红色光；方解石发黄色-橙色光；白云石暗红色光，铁白云石不发光；菱镁矿橙色光。

人工方解石，颜色偏粉一些，这些很多科研和外协项目都是通过这些手段区分胶结物的。

茜素红是典型的也是最简单的区分碳酸盐的方法：胶结物方解石遇S茜素红，变粉红-红，颜色深浅由方解石中铁含量决定；白云石遇S茜素红不变色；铁白云石变蓝色；菱铁矿不变色。菱铁矿和白云石就得配合阴极发光， 菱铁矿和白云石发光不同。

硅质，用显微镜完全可以鉴别。

泥质，如果想知道成分，必须x射线，其他方法对于泥质都没用，显微镜下的泥质 无法区分， 染色由于泥质为泥晶太小不能被染色。阴极发光也可以判断大概成分 ，但是不能确定，只有x射线能确定泥质成分。

扫描电镜（SEM），放大倍数可以到几万倍，而且是立体的，能看到很多偏光镜下不能看到的形态，泥晶甚至包壳那么细小，在镜下也是很大的，产状形态明显的不同。像伊利石在偏光下很多时候只能定成粘土，但是SEM下能看到发丝状、搭桥状，高岭石能看到书页状、蠕虫状 。SEM主要是观察形态，区别微小颗粒，此外还可以配能谱，能谱能显示你所选择矿物的元素组成和百分比。

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