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埃达克岩与热液成矿过程中钾镁同位素分馏及其指示意义:以驱龙斑岩铜矿床为例

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地学前缘 2024年第3期31卷 150-169页

作者：字艳梅田世洪陈欣阳侯增谦杨志明龚迎莉唐清雨东华理工大学核资源与环境国家重点实验室江西南昌330013 东华理工大学地球科学学院江西南昌330013 自然资源部深地科学与探测技术实验室北京100094 华盛顿大学地球与空间科学系美国西雅图华盛顿98195 成都理工大学沉积与生物地球化学国际研究中心四川成都610059 中国地质科学院地质研究所北京100037 清华大学能源与动力工程系北京100084

为研究后碰撞埃达克质岩岩浆分异和热液过程中的钾镁同位素分馏行为及其对斑岩铜矿床岩石成因的指示意义,本文对藏南驱龙斑岩铜矿床的一套埃达克质岩石开展了钾镁同位素分析。该套岩石包括闪长质包体、花岗闪长岩和花岗斑岩,后者是超大... 详细信息

为研究后碰撞埃达克质岩岩浆分异和热液过程中的钾镁同位素分馏行为及其对斑岩铜矿床岩石成因的指示意义,本文对藏南驱龙斑岩铜矿床的一套埃达克质岩石开展了钾镁同位素分析。该套岩石包括闪长质包体、花岗闪长岩和花岗斑岩,后者是超大型斑岩铜矿床的成矿母岩。已有研究结果证实,这3套岩石很可能是由同一来源的不同程度的部分熔融和分离结晶作用形成的。研究结果表明,闪长质包体、花岗闪长岩和花岗斑岩的δ^(41)K组成分别为-0.38‰~-0.22‰、-0.43‰~-0.34‰和-0.59‰~-0.36‰。尽管3类岩石各自变化范围较小,但整体上δ^(41)K与K 2O和SiO_(2)含量呈现明显负相关趋势,表明全岩钾元素迁移和钾同位素发生了解耦,钾同位素产生了分馏。在闪长质包体花岗闪长岩演化期间,δ^(41)K与Sc和Y含量呈明显正相关关系,这指示了在该演化期间可能主要是角闪石分离结晶导致了钾同位素分馏。相比之下,花岗斑岩中具有明显的钾同位素组成变化,在花岗斑岩演化期间,δ^(41)K与Eu/Eu*和Sr含量呈正相关关系,表明在岩石演化晚期钾同位素的分馏可能主要跟斜长石分离结晶有关。然而,通过瑞利分馏模拟表明仅矿物分离结晶难以实现如此大的钾同位素分馏,花岗斑岩中的钾同位素分馏是岩浆热液共同作用的结果。值得注意的是,闪长质包体具有比地幔更重的钾同位素组成,导致这种现象的原因可能是复杂多样的:一方面,下地壳可能具有比地幔更重的钾同位素组成,岩浆混合机制下导致源区具有重钾同位素组成;另一方面,驱龙斑岩铜矿床的岩浆源区受到俯冲板片来源的富重钾流体/熔体所交代,导致其源区的钾同位素组成偏重。相比之下,这3类岩石的镁同位素组成比较类似(闪长质包体:-0.36‰~-0.19‰;花岗闪长岩:-0.28‰~-0.13‰;花岗斑岩:-0.44‰~-0.13‰),并且落在了地幔和下地壳范围内。这3类岩石的δ^(26)Mg跟MgO和SiO_(2)含量之间不存在相关性,表明埃达克质岩浆分异过程中(角闪石和黑云母)也不产生镁同位素分馏,与前人对花岗岩中镁同位素分馏行为的结论相一致。作为典型的热液型矿床,藏南驱龙斑岩铜矿床和江西德兴斑岩铜矿床在热液蚀变过程中均产生了钾镁同位素分馏。德兴斑岩铜矿床大部分蚀变岩的钾镁同位素值都高于新鲜岩浆岩,具有显著的钾镁同位素组成变化;相比之下,驱龙斑岩铜矿床埃达克质岩岩石的钾镁同位素组成大部分位于岩浆岩基线值范围内,受热液蚀变作用影响不显著。此外,驱龙斑岩铜矿床花岗斑岩中铜大量富集,岩浆热液流体出溶是导致铜大量富集的主要原因,可能至少有两种不同性质(温度、盐度)的热液流体导致花岗斑岩中钾镁同位素组成局部波动变化,这些流体不仅改变了花岗岩斑岩的钾镁同位素组成,并且从高度演化的岩浆中提取金属元素,最终导致铜成矿。

关键词：驱龙斑岩铜矿床埃达克质岩石钾镁同位素同位素分馏岩浆热液流体出溶

中国北方页岩气成因类型、成气模式与勘探方向

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岩性油气藏 2019年第1期31卷 1-11页

作者：罗群吴安彬王井伶罗家国蒋恕中国石油大学(北京)非常规天然气研究院北京102249 美国犹他大学能源与地学研究院

与南方相比,中国北方页岩气的成藏条件更复杂,成因类型更多,成气特征差异更大,但目前对北方页岩气的成因分类比较粗糙混乱,成气模式不统一、不完整,还未明确其分布规律和勘探方向,在北方寻找页岩气,直接套用南方的找气思路行不通。采用... 详细信息

与南方相比,中国北方页岩气的成藏条件更复杂,成因类型更多,成气特征差异更大,但目前对北方页岩气的成因分类比较粗糙混乱,成气模式不统一、不完整,还未明确其分布规律和勘探方向,在北方寻找页岩气,直接套用南方的找气思路行不通。采用广泛调研与典型解剖相结合的综合分析思路,制定了基于成因机制、母质类型、演化阶段的页岩气三级分类方案,以此为标准建立了实用完整的页岩气成因类型判别标准模板,明确了北方存在原生油型生物气、次生煤型生物气、高成熟—过成熟油型气等9种不同成因类型的页岩气;选取典型样品,通过归纳、对比、拟合、对接、组装,建立了一套统一实用的反映页岩演化成气规律的定量通用模式;梳理分析北方页岩气的分布规律,总结出在纵向上依据成熟度演化阶段分层,平面上依据演化程度分带的有序连续分布特征,提出了北方页岩气勘探采取"分类勘探,分步实施,各个击破"原则,以煤型页岩气和生物页岩气为主要勘探领域,首先考虑中生界煤系地层的成熟、高成熟—过成熟煤型页岩气和湖相有机泥页岩的次生油型生物页岩气为重点勘探对象,其次,对新生界煤系地层和湖相有机泥页岩以寻找次生生物页岩气和原生生物页岩气为主要目标。该研究成果对北方页岩气勘探开发具有指导作用。

关键词：页岩气成因类型分布勘探方向中国北方

页岩气储层孔隙类型及特征研究：以渝东南下古生界为例

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地学前缘 2013年第3期20卷 247-253页

作者：韩双彪张金川 Brian HORSFIELD 蒋恕李婉君陈前王鹏中国地质大学(北京)能源学院北京100083 德国国家地学研究中心波茨坦D-14473 美国犹他大学能源与地学研究院犹他盐湖城U-84108 中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室湖北武汉430074

通过薄片分析、扫描电镜及氩离子抛光技术,对渝东南下古生界含气页岩中的孔隙类型及特征进行了分类观察、描述,结合有机碳含量、X衍射、岩石物性、氮气吸附及甲烷等温吸附实验测试,分析了页岩气储层中各类孔隙的储气贡献,探讨这些孔隙... 详细信息

通过薄片分析、扫描电镜及氩离子抛光技术,对渝东南下古生界含气页岩中的孔隙类型及特征进行了分类观察、描述,结合有机碳含量、X衍射、岩石物性、氮气吸附及甲烷等温吸附实验测试,分析了页岩气储层中各类孔隙的储气贡献,探讨这些孔隙对页岩中烃类运移的影响。研究认为,有机质孔隙、颗粒内孔、粒间孔隙及微裂隙是页岩气储层孔隙的4种类型,有机质表面的分散状孔隙多为nm级,石英碎屑可形成粒内或粒间孔隙,黄铁矿颗粒内部小晶体排列分布产生孔隙空间,黏土絮状沉淀形成片粒状结构孔隙,微裂隙普遍发育在页岩基质中,可达mm级。不同类型的孔隙能够为页岩气的赋存提供不同尺度的储集空间,页岩吸附含气量与表征孔隙特征的参数(TOC、BET比表面积、BJH总孔体积)具有显著的正相关关系。微裂隙与粒间孔隙对页岩中烃类的运移最有利。

关键词：渝东南下古生界页岩气孔隙类型储气烃类运移

美国能源部地热钻井技术研发最新部署及干热岩开发示范创新实践

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钻探工程 2024年第3期51卷 1-8页

作者：张炜王海华翁炜姚树青邵明娟中国地质调查局地学文献中心北京100083 中国地质图书馆北京100083 北京探矿工程研究所北京100083

与其他主要的可再生能源相比,地热能是唯一能够提供基本负载电力的能源。干热岩是指不含原生水或含少量水的高温深部岩体,可通过水力刺激改造形成增强型地热系统储层,从而提取数量可观的地热能。干热岩型地热资源的开发面临两方面主要... 详细信息

与其他主要的可再生能源相比,地热能是唯一能够提供基本负载电力的能源。干热岩是指不含原生水或含少量水的高温深部岩体,可通过水力刺激改造形成增强型地热系统储层,从而提取数量可观的地热能。干热岩型地热资源的开发面临两方面主要技术挑战,一是花岗岩和玄武岩等极坚硬岩石对机械钻速的限制,二是钻井所处地层温度超过随钻测量和旋转导向等工具电子设备的运行温度上限。近年来,美国能源部资助的FORGE计划犹他州项目为测试新的钻头技术和优化钻井作业流程提供了机会,以逐步提升机械钻速并降低钻井成本。本文综述了美国能源部地热技术办公室近年发展规划中对地热钻井技术研发的部署,重点分析了犹他州项目在钻井实践过程中对基于物理限制因素重新设计的工作流程的应用,总结了美国能源部围绕地热钻井技术开展的多次规划编制以及部署实施的相关项目涉及的主要领域,以及犹他州项目在探索和实践钻井作业流程优化方面取得的认识。

关键词：干热岩型地热资源增强型地热系统地热能前沿瞭望台研究计划机械比能钻压转速 PDC钻头

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南海北部多类型天然气水合物成藏特征与赋存差异

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地学前缘 2024年

作者：靳佳澎王秀娟邓炜李清平李丽霞余晗周吉林吴能友 Timothy Collett 深海多学科交叉研究中心与海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室崂山实验室深海圈层与地球系统教育部前沿科学中心海底科学与探测技术教育部重点实验室中国海洋大学海洋地球科学学院天然气水合物国家重点实验室中海油研究总院有限责任公司美国地质调查局丹佛能源联邦中心天然气水合物勘查开发国家工程研究中心广州海洋地质调查局

近年来，我国在南海北部完成了9个天然气水合物钻探航次，采集了大量三维地震资料，发现了多种赋存类型的天然气水合物，但是不同赋存形态与富集程度的天然气水合物地球物理异常响应及主控因素差异有待厘清。在台西南盆地和琼东南盆地... 详细信息

近年来，我国在南海北部完成了9个天然气水合物钻探航次，采集了大量三维地震资料，发现了多种赋存类型的天然气水合物，但是不同赋存形态与富集程度的天然气水合物地球物理异常响应及主控因素差异有待厘清。在台西南盆地和琼东南盆地发现了呈烟囱状反射的裂隙充填型水合物与呈强振幅反射的孔隙充填型水合物垂向叠置分布，而珠江口盆地水合物稳定带底界上部广泛发育孔隙充填型水合物。研究认为低孔渗特征、相对细粒沉积层和块体搬运沉积体储层，匹配局部高通量流体供给条件控制了裂隙充填型水合物赋存；相对低通量流体和相对粗粒储层岩性是孔隙充填型水合物赋存的主要条件，而II型水合物、水合物与游离气共存及近期活动水合物系统均与深部来源热成因气及相对高通量流体供给有关。构造-沉积背景差异是多类型水合物赋存的主要原因，流体运移通道、运移方式和储层岩性耦合控制天然气水合物富集程度；受晚期岩浆侵入、泥火山构造、隆起构造影响而形成的断层和气烟囱构造控制流体运移与天然气水合物成藏。因而查明不同盆地发育的天然气水合物赋存差异，厘清多类型水合物地质主控因素对于指导高富集天然气水合物藏勘探具有重要意义。

关键词：天然气水合物多类型流体运移储层南海北部

大规模多级水力压裂技术在页岩油气藏开发中的应用(英文)

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石油钻探技术 2011年第3期39卷 6-16页

作者：莫里斯.杜索尔特约翰.麦克力兰蒋恕滑铁卢大学地球和环境科学系犹他大学化学工程系犹他盐湖城84108 犹他大学能源与地学研究院犹他盐湖城84108

北美地区页岩气开发已经商业化,开发技术也逐步趋于成熟,而中国虽然有丰富的页岩气资源,但由于起步较晚,目前还处于探索阶段。有效开采页岩气通常需要在水平井中实施大规模的多级水力压裂,提出了低渗油气藏大规模水力压裂的关键岩石力... 详细信息

北美地区页岩气开发已经商业化,开发技术也逐步趋于成熟,而中国虽然有丰富的页岩气资源,但由于起步较晚,目前还处于探索阶段。有效开采页岩气通常需要在水平井中实施大规模的多级水力压裂,提出了低渗油气藏大规模水力压裂的关键岩石力学原则,介绍了微地震技术在水力压裂监测中的应用,并用离散单元法建立的数学模型对水力压裂的效果进行了评价,分析了中国页岩油气藏水力压裂方案优化的地质因素,并对大规模水力压裂的可持续性发展提出了一些建议。

关键词：多级水力压裂岩石力学页岩气页岩油低渗透油气藏中国盆地

海相页岩储层微观孔隙体系表征技术及分类方案

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地质科技情报 2014年第4期33卷 91-97页

作者：伍岳樊太亮蒋恕郁文谊中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室北京100083 中国地质大学能源学院北京100083 美国犹他大学能源与地学研究院犹他盐湖城84108

页岩储层作为一种非常规油气储集体,对其孔隙体系的研究备受重视。通过充分调研和系统总结国际上关于页岩储层微观孔隙体系的研究现状,综述了孔隙表征技术并指出了存在问题;以客观性和普适性为基础提出了两套分类方案;定性探讨了孔隙演... 详细信息

页岩储层作为一种非常规油气储集体,对其孔隙体系的研究备受重视。通过充分调研和系统总结国际上关于页岩储层微观孔隙体系的研究现状,综述了孔隙表征技术并指出了存在问题;以客观性和普适性为基础提出了两套分类方案;定性探讨了孔隙演化的一般规律。目前最常见定性观测页岩储层孔隙的方法为高分辨率电子显微镜结合氩离子抛光技术,聚焦离子束扫描电镜系统(FIB-SEM)和纳米CT技术可用于孔隙三维模型重构。高压压汞法结合气体吸附法用于定量分析页岩孔隙结构特征,此外核磁共振也是有效测试手段。分别根据孔隙发育位置与岩石基质关系以及孔隙发育成因与岩石基质关系,将页岩储层孔隙划分为粒间孔、粒内孔、有机质孔和微裂缝以及骨架矿物孔、黏土矿物孔、有机质孔和微裂缝。无机矿物成岩作用与有机质热成熟作用是控制页岩储层孔隙演化的重要因素。

关键词：页岩气页岩孔隙表征孔隙分类孔隙演化

美国FORGE计划犹他州干热岩开发示范项目进展综述

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世界科技研究与发展 2024年第2期46卷 263-276页

作者：张炜金显鹏王海华姚树青邵明娟中国地质调查局地学文献中心北京100083 中国地质图书馆北京100083 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心天津300309

21世纪是全球能源获取方式发生重要变化的时代。现有以煤炭、石油、天然气等传统资源为基础的能源正在逐渐被风能、太阳能、生物质能、地热能等环境友好、低排放的绿色能源所取代。干热岩是一种不含原生水(或含少量水但不能流动)的高温... 详细信息

21世纪是全球能源获取方式发生重要变化的时代。现有以煤炭、石油、天然气等传统资源为基础的能源正在逐渐被风能、太阳能、生物质能、地热能等环境友好、低排放的绿色能源所取代。干热岩是一种不含原生水(或含少量水但不能流动)的高温地热资源,可通过水力刺激改造形成增强型地热系统储层,从而提取数量相当可观的地热能。本文以美国能源部正在组织实施的FORGE计划犹他州干热岩示范项目为研究对象,综述了项目在场地地质条件表征、基础设施建设等方面取得的主要进展与成果,总结了项目在高温硬岩钻井、储层建造、微震监测等方面取得的广泛且深入认识,从统筹部署、组织实施、场地表征和设施建设、关键技术装备突破、数据共享等方面提出了值得我国借鉴参考的具体实践。

关键词：干热岩增强型地热系统地热能前沿瞭望台研究计划刺激改造裂隙网络诱发地震

深度学习加速分子动力学模拟研究岩浆洋的传输性质

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矿物岩石地球化学通报 2023年第1期42卷 34-42页

作者：李春慧邓杰张舟美国劳伦斯伯克利国家实验室能源地球科学部美国加利福尼亚州94720 美国普林斯顿大学地球科学系美国新泽西州08544 浙江省地学大数据与地球深部资源重点实验室浙江大学地球科学学院杭州310058

了解岩浆洋的传输性质对于认识地球和行星的宜居性及其内部物质组成均具有重要意义。相较于高温高压实验,分子动力学具有在更极条件开展模拟的优势。然而,分子动力学的高计算成本也限制了其模拟规模大小和时间尺度。随着深度学习的发展... 详细信息

了解岩浆洋的传输性质对于认识地球和行星的宜居性及其内部物质组成均具有重要意义。相较于高温高压实验,分子动力学具有在更极条件开展模拟的优势。然而,分子动力学的高计算成本也限制了其模拟规模大小和时间尺度。随着深度学习的发展,许多工作就分子动力学模拟中面临的计算精度和效率等困境进行了展开。通过学习基于密度泛函理论等量子力学计算方法产生的数据集,神经网络可以学习原子间势能面或者原子力。经过训练的深度学习模型可以让分子动力学同时获得良好的精度和效率。针对计算量大、耗时长的模拟,学者们还开发了分子动力学的深度学习代理模型,或利用机器学习挖掘分子动力学模拟轨迹,直接预测计算结果。上述研究工作均使分子动力学模拟效率得到了极大改善。本文以深度学习加速分子动力学模拟熔体物理性质为例,介绍了热导率的计算结果:随着压强的升高,MgSiO_(3)熔体的热导率增加,但低于同等条件下矿物的热导率;而熔体的黏度则先减后增。这一结果指示核-幔边界的硅酸盐熔体,作为岩浆洋演化的产物,由于散热效率低而可能在较长地质时期得以保存。

关键词：深度学习分子动力学模拟岩浆