• 全国中文核心期刊
  • 中国科技核心期刊
  • 中国科学引文数据库收录期刊
  • 世界期刊影响力指数(WJCI)报告来源期刊
  • Scopus, CA, DOAJ, EBSCO, JST等数据库收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于扫描电镜和CT成像技术的碳酸盐岩溶蚀作用微观结构和变化规律研究

邓宇林 郭绪磊 罗明明 陈祥勇 况野 周宏

邓宇林,郭绪磊,罗明明,等. 基于扫描电镜和CT成像技术的碳酸盐岩溶蚀作用微观结构和变化规律研究[J]. 中国岩溶,2022,41(5):698-707 doi: 10.11932/karst20220503
引用本文: 邓宇林,郭绪磊,罗明明,等. 基于扫描电镜和CT成像技术的碳酸盐岩溶蚀作用微观结构和变化规律研究[J]. 中国岩溶,2022,41(5):698-707 doi: 10.11932/karst20220503
DENG Yulin, GUO Xulei, LUO Mingming, CHEN Xiangyong, KUANG Ye, ZHOU Hong. Study on the microstructure and variation law of carbonate rock dissolution based on scanning electron microscopy and CT imaging technology[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2022, 41(5): 698-707. doi: 10.11932/karst20220503
Citation: DENG Yulin, GUO Xulei, LUO Mingming, CHEN Xiangyong, KUANG Ye, ZHOU Hong. Study on the microstructure and variation law of carbonate rock dissolution based on scanning electron microscopy and CT imaging technology[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2022, 41(5): 698-707. doi: 10.11932/karst20220503

基于扫描电镜和CT成像技术的碳酸盐岩溶蚀作用微观结构和变化规律研究

doi: 10.11932/karst20220503
基金项目: 武汉市多要素城市地质调查示范项目“武汉市地下水系统补充调查与集成研究”(WHDYS-2021-006);中国地质调查局项目“清江流域水文地质调查”(DD20190824)
详细信息
    作者简介:

    邓宇林(1993-),男,硕士研究生,主要研究方向为岩溶水文地质。E-mail:348956332@qq.com

  • 中图分类号: P642.25

Study on the microstructure and variation law of carbonate rock dissolution based on scanning electron microscopy and CT imaging technology

  • 摘要: 为研究溶蚀作用下碳酸盐岩孔隙的演变规律及控制作用,文章选取三峡地区4种类型碳酸盐岩开展溶蚀实验。同时结合扫描电镜、CT成像对实验前后岩石的溶蚀特征及孔隙结构进行测试。结果表明:溶蚀总发生在低晶格能的矿物处且沿矿物晶体的菱形解理面以及薄弱部位发育,表现为对矿物和孔隙等结构的选择性溶解;碳酸盐岩的孔隙度对溶蚀过程影响较小,岩石的孔径大小是影响碳酸盐岩溶蚀速率的重要因素;小孔径岩石的溶蚀多在样品表面发育小型溶孔,大孔径岩石的溶蚀主要发生在孔隙隙壁且有向岩石内部溶蚀的痕迹;经溶蚀改造,孔喉半径和连通性均呈现出增长趋势。本研究对碳酸盐岩差异性岩溶作用机理及岩溶发育规律的认识有一定指导意义。

     

  • 图  1  采样点位置图

    Figure  1.  Locations of sampling points

    图  2  碳酸盐岩的溶蚀特征

    注:A-D. 白云质角砾岩 E-F. 鲕粒灰岩 A-B. 实验前的样品,晶体形状完整,部分黏土矿物附着在白云石晶体上,晶面光滑、晶间缝隙清晰,无明显溶蚀痕迹 C. 溶蚀6 h后,白云石晶体上发育有溶缝、溶孔 D.溶蚀24 h,白云石晶体沿表面向内部逐层溶解,局部溶蚀强烈位置呈现出“蜂窝状”溶蚀特征 E.实验前的样品,样品表面较为平整 F.溶蚀24 h,鲕粒处发生明显溶蚀并向内凹陷,鲕粒周围的晶粒无晶形。

    Figure  2.  Dissolution characteristics of carbonate rocks

    图  3  鲕粒灰岩的溶蚀特征及EDS能谱图

    Figure  3.  Dissolution characteristics and EDS spectrum of oolitic limestone

    图  4  碳酸盐岩的选择性溶蚀特征

    注:A-D. 盐酸溶液,溶蚀24 h的岩样 A-B. 中-细晶白云岩,溶解分别发生在白云石晶体边缘处及白云石晶体表面 C-D. 试样编号,细晶灰岩,溶解分别发生在方解石孔隙边缘及微裂隙处。

    Figure  4.  Selective dissolution characteristics of carbonate rocks

    图  5  样品溶蚀前后孔隙相形态图

    注:A1-1、A2-1、A3-1分别表示溶蚀反应前鲕粒灰岩、细晶灰岩和中-细晶白云岩的孔隙相 A1-2、A2-2、A3-2分别表示溶蚀24 h后鲕粒灰岩、细晶灰岩和中-细晶白云岩的孔隙相

    Figure  5.  Morphology of the pore phase before and after the sample dissolution

    图  6  溶蚀前后碳酸盐岩孔径分布曲线

    Figure  6.  Pore size distribution curve of carbonate rocks before and after dissolution

    图  7  A3样品溶蚀前后的喉道特征图

    Figure  7.  Throat characteristic map of A3 sample before and after dissolution

    表  1  样品信息及实验结果

    Table  1.   Sample information and experimental results

    编号 岩性 层位 矿物组成/% 孔隙度/% 比溶蚀率
    方解石 白云石 其他 溶蚀前 溶蚀后
    A1 鲕粒灰岩 Є1t 85.04 1.88 13.07 2.77 3.47 0.95
    A2 细晶灰岩 Є1t 87.04 11.23 1.73 2.55 2.76 0.86
    A3 中-细晶白云岩 Z2dn3 27.66 70.12 2.22 1.97 2.16 1.03
    A4 白云质角砾岩 Є2q 10.59 27.27 62.14 1.16
    下载: 导出CSV
  • [1] 张之淦. 岩溶发生学: 理论探索 [M]. 桂林: 广西师范大学出版社, 2006.

    ZHANG Zhigan. Origin of karst: Theoretical works on karst[M]. Guilin: Guangxi Normal University Press, 2006.
    [2] Mingming Luo, Hong Zhou, Yongping Liang, Zhihua Chen, Rubing Chen, Xinlong Li, Jakada Hamza. Horizontal and vertical zoning of carbonate dissolution in China[J]. Geomorphology, 2018(322): 66-75.
    [3] 袁道先. 碳循环与全球岩溶[J]. 第四纪研究, 1993(1):1-6. doi: 10.3321/j.issn:1001-7410.1993.01.001

    YUAN Daoxian. Carbon cycle and global karst[J]. Quaternary scineces, 1993(1):1-6. doi: 10.3321/j.issn:1001-7410.1993.01.001
    [4] 韩庆之, 梁杏, 曾克峰, 张佑廷, 杨建宏. 碳酸盐岩可溶性室内研究[J]. 地质科技情报, 1998(S2): 102-106.

    HAN Qingzhi, LIANG Xing, ZENG Kefeng, ZHANG Youting, YANG Jianhong. Study on solubility of carbonate in door[J]. Geological Science and Technology Information, 1998(S2): 102-106.
    [5] 龚自珍, 李兆林. 峰峰地区碳酸盐岩溶蚀机理和岩溶发育特征[J]. 中国岩溶, 1992(3): 250-260.

    GONG Zizhen, LI Zhaolin. The dissolution mechanism and karst featurea of carbonate rocks in Fengfeng region[J]. Carsologica Sinica, 1992, 11(3): 250-260.
    [6] 翁金桃. 方解石和白云石的差异溶蚀作用[J]. 中国岩溶, 1984, 3(1):29-38.

    WENG Jintao. The differential corrosion of calcites and dolomite[J]. Carsologica Sinica, 1984, 3(1):29-38.
    [7] 韩宝平. 喀斯特微观溶蚀机理研究[J]. 中国岩溶, 1993, 12(2): 97-102.

    HAN Baoping. Study on micro-corrosion mechanism of karst[J]. Carsologica Sinica, 1993, 12(2): 97-102.
    [8] 朱文慧, 曲希玉, 邱隆伟, 陈勇, 龚发雄, 吴思萱. 盐酸及乙酸介质中的碳酸盐岩溶蚀表面特征及机理:以南堡凹陷为例[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2015, 34(3):619-625. doi: 10.3969/j.issn.1007-2802.2015.03.018

    ZHU Wenhui, QU Xiyu, QIU Longwei, CHEN Yong, GONG Faxiong, WU Sixuan. Characteristics and erosion mechanism of carbonate in acetic acid and hydrochloride solutions, An example from the Nanpu depression[J]. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 2015, 34(3):619-625. doi: 10.3969/j.issn.1007-2802.2015.03.018
    [9] 佘敏, 朱吟, 沈安江, 郑兴平, 贺训云. 塔中北斜坡鹰山组碳酸盐岩溶蚀的模拟实验研究[J]. 中国岩溶, 2012, 31(3):234-239. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2012.03.002

    SHE Min, ZHU Yin, SHEN Anjiang, ZHENG Xingping, HE Xunyun. Simulation experiment for the dissolution of carbonate rocks of the Yingshan formation on the northern slope of Tazhong uplift[J]. Carsologica Sinica, 2012, 31(3):234-239. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2012.03.002
    [10] PENG Jun, WANG Xuelong, HAN Haodong, YIN Shen, XIA Qingsong, LI Bin. Simulation for the dissolution mechanism of Cambrian carbonate rocks in Tarim Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2018, 45(3):431-441. doi: 10.1016/S1876-3804(18)30048-X
    [11] 郭绪磊. 基于SAC改进模型的岩溶流域降水: 径流过程模拟研究[D]. 北京: 中国地质大学, 2019.

    GUO Xulei. A case study on the simulation of precipitation and runoff process in karst basin based on modified SAC model[D]. Beijing: China University of Geosciences, 2019.
    [12] 韩宝平. 微观喀斯特作用机理研究[M]. 北京: 地质出版社, 1998.

    HAN Baoping. Study on micro karst mechanism[M]. Beijing: Geological Publishing House,1998.
    [13] 刘琦, 卢耀如, 张凤娥, 齐继祥, 张胜. 温度与动水压力作用下灰岩微观溶蚀的定性分析[J]. 岩土力学, 2010, 31(S2):149-154. doi: 10.16285/j.rsm.2010.s2.007

    LIU Qi, LU Yaoru, ZHANG Feng'e, QI Jixiang, ZHANG Sheng. Qualitative analysis of microcorrosion of limestone induced by temperature and hydrodynamic pressure[J]. Rock and Soil Mechanics, 2010, 31(S2):149-154. doi: 10.16285/j.rsm.2010.s2.007
    [14] 聂继红, 韩宝平, 高澜. 碳酸盐矿物的微观喀斯特研究[J]. 分析测试技术与仪器, 1995(2):33-37.

    NIE Jihong, HAN Baoping, GAO Lan. Study on micro-mechanism karst of carbonate minerals[J]. Analysis and Testing Technology and Instruments, 1995(2):33-37.
    [15] John W. Morse, Rolf S. Arvidson. The dissolution kinetics of major sedimentary carbonate minerals[J]. Earth-Science Review, 2002, 58:51-84. doi: 10.1016/S0012-8252(01)00083-6
    [16] 袁道先. 中国岩溶动力系统[M]. 北京: 地质出版社, 2002.

    YUAN Daoxian. Karst dynamic system of China[M]. Beijing: Geological Publishing House, 2002.
  • 加载中
图(7) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  1733
  • HTML浏览量:  1109
  • PDF下载量:  92
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-15
  • 刊出日期:  2022-12-02

目录

    /

    返回文章
    返回