1。介绍

有显著增加的科学兴趣和领域的出版物的数量geofluids在过去的二十年。2001年成立后,《华尔街日报》的成功Geofluids本身(1),以及Geofluids会议系列(2- - - - - -8),是一个明显的例子在地球科学这一主题的相关性。众所周知,构造结构施加强大的控制流的不同类型的geofluids多尺度(9- - - - - -14]。例如,裂缝网络通常确定流体迁移在盆地和造山带,和地壳断层往往是经济矿石矿物沉积主要网站(15- - - - - -19]。此外,液体中发挥关键作用的激活触发剪切区和错误在地壳20.,21),在许多其他进程。

尽管非常先进的研究岩石变形结构如何控制geofluids的流动,因此如何控制热量和溶质传输的和生成的矿物反应在地上,仍有许多问题需要解决。科学界仍争论什么因素控制流体流动的动态行为的地壳(从稳定到高度瞬态系统),机制,确定不同流体之间的过渡政权,液体渗透的水动力学和混合是什么,或超压的形成和释放在水力压裂的形式。其他关键方面,需要注意的是变形的分析,对反应渗透率、遗传结构作为潜在的角色控制流体流动和反应,以及在什么情况下结构可以陷阱液体或划分流系统。流体地球化学而言,如何成功地描述上有争论的来源和影响不同类型的液体在成岩作用和变质作用的形式通过分析他们的指纹静脉,水泥、矿化和蚀变岩石产品,以及所有这些的化学和同位素签名。描述压力( ),涉及大量的液体( ),他们的化学成分( ),温度( ),和时间( )也是一个具有挑战性但至关重要的任务,因为他们是PVXTt-modeling关键参数。

这个特殊问题的16篇文章集合在一起提供了一个重要的进步的研究结构对流体流动的控制和矿物反应在一个广泛的设置,从浅层次的沉积盆地到变质的地下室。这些贡献跨越多个尺度和流程处理的基础和应用科学问题的声明。他们利用最先进的组合方法,包括光学、阴极发光和电子岩相学、地球化学分析、岩石力学和petrophysic实验室实验以及数值模拟。大多数这些贡献是基于领域的例子,它继续在地质基础。

前言介绍了主要内容的特殊问题,由主题。贡献的描述与寻址crustal-scale过程开始,其次是相对较浅的流体流动机制的研究和他们的后果。最后分段总结贡献在结构控制矿物反应,以及那些评价他们如何影响地热储层属性。

2。这本书的内容

2.1。结构控制Crustal-Scale流体

有明确的证据表明,地壳的流体可以本地化的空间和时间。流体流动和运输的元素和溶质扩散系统可以被描述为当水头或流体压力梯度较低,因此Darcian后的行为。然而,当流体压力梯度高,流体运输可以脉动或“弹道”机制,导致高度本地化的流体脉冲。这样一个弹道传输模式被激活当扩散不能减少流体超压,从而导致快速提升通过地壳流体与移动水力压裂。通过新颖的数值模拟,de Riese et al。22]分析扩散之间的过渡和弹道流体运输系统和描述模式起源于这种双向传输机制。他们的模型结合扩散运输、水力压裂起始、传播、和愈合。大小不一的研究结果表明,水力压裂,幂律分布后,可以形成当寄主岩石渗透率较低的对于一个给定的流体流量。这种水力压裂可以自组织大规模水力压裂能够迅速提升通过地壳和排泄液体流脉冲强局部空间和时间。这些结果与天然情况下区分系统丰富hydrofacture网络附近的流体来源与那些只有几个,但是大爆发,能够提升到浅层次热液角砾岩等创建结构。

高温流体的流动低渗透性水晶地下室的大陆地壳迄今为止尚未系统地调查。液体在这些系统往往是在逆行变质反应。为填补这一空白,法官等。23]研究绿色片岩相的空间分布在metabasic逆行反应产品从爱奥那岛片麻岩,暴露在苏格兰西海岸。他们的目标是了解变形的作用,反应渗透控制输入的液体结晶基底岩石受到高级变质作用。特别是,他们进行的一项研究相结合领域描述和岩相分析破译的机制控制斜长石蚀变的绿帘石。他们发现,两代人的绿帘石形成和相关变形和流体流动碎裂岩区。相反,更换Ca-plagioclase由钠长石、辉石和绿泥石在片麻岩、绿帘石化前举行,更广泛。法官et al。23)断定,片麻岩退步控制reaction-dependent渗透率、反应动力学、流体成分的变化,和当地移民相关的流体瞬态故障活动,导致复杂的绿帘石分布模式。

尽管典型的低渗透,没有液体和水欠饱和midcrustal逆行变质岩,掘出故障在这样逆行条件呈现弱化机制受到液体的迹象。Stenvall et al。24]分析Kuckaus糜棱岩带在南部纳米比亚纳马族人变质流体的来源和影响来理解这个复杂的逆行的缺点。这掘出crustal-scale时代为走滑剪切带影响片麻岩在逆行的情况下,导致水化矿物集合体。Stenvall et al。24)结合露头描述,岩相岩石成分和微观结构的分析,地球化学(元素和氧同位素分析)。他们的研究结果表明,一些涉及到的液体迅速签名。尽管推断流动相互作用程度低,水的存在引起的削弱和diffusion-precipitation机制,甚至导致晶粒尺寸敏感蠕变最畸形(ultramylonite)区。他们还提出,高流体压力只能出现在岩石进行了削弱,和高流体压力因此没有必要解释地震的逆行风格转换断层变形的混合摩擦和粘性变形机制。

稳定同位素等地球化学数据,通常用于解决流体运输模式,以及流体来源负责岩石蚀变和矿化。例如,氢和氧同位素比值从静脉和剪切区已经被用来描述大气流体的参与在相对较深地壳的水平。一个关键的问题是如何以及何时这样的液体渗透到地壳。古典模型提出同时向下渗透的大气流体(即。,rainwater) into crustal levels as deep as 20 km and upward release of the same fluids, both using large-scale extensional faults and detachments as flow pathways and requiring a hydrostatic fluid pressure gradient. Bons and Gomez-Rivas [25)提出一个简单的模型流体和岩石的压力平衡率证明在球形孔隙流体石英塑性岩石在温度250 - 400°C会很快身体平衡,从而导致部分岩石静液压力梯度使同时失效的下行和上行流模型。他们提出另一种解释为深的大气流体渗透毛孔内剥露的岩石下面一个不整合是第一次充满了雨水。这些岩石埋,而液体保持他们的签名陨石几十或几百个几百万年来如果温度低于350°。减压的扩展、快速发掘或流体加热可以释放这样古老的液体,然后离开他们的签名陨石以及提升途径,例如,在静脉和改变剪切区。

2.2。浅层地壳结构对流体流动的控制

几项研究已经指出沉积岩的沉积体系结构的重要性,以及岩石变形结构、基本控制流体流动。要理解他们的相互作用,Dimmen et al。26新西兰]利用露头、马耳他和犹他州(美国)分析氧化铁沉淀物的分布作为paleofluid流代理。他们也回顾文献,得出流体控制的主要类型的变形结构(包括骨折、关节、断裂和变形带),他们的几何,连接形成网络时,其运动学和他们如何互动和联系其他结构和沉积特征,如透水层,从而形成所谓的混合网络。这些作者也解释说,最重要的地质结构,沉积体系结构、岩石性质,和沉积结构、床上用品和纹理等关键控制流体流动。

造山区域的区域优先控制的流体强烈变形结构。作为一个例子,掘出推力的流体演化区南部肢体的桑特Corneli-Boixols南部比利牛斯山背斜是检查Munoz-Lopez et al。27]。这些作者结合静脉定位数据、光学和阴极发光岩相学,碳氧、锶和成群的同位素数据,和元素分析解开年表和流体不同脉质存在方解石的签名。研究结果表明,逆冲断层带作为流体流动的障碍,把系统划分两个截然不同的区域。裂缝形成和下盘密封是一个瞬态过程,与方解石脉断块记录改变流体来源从飞速发展迅速和不同程度的流动的相互作用。相反,推力顶壁面向随机的骨折和角砾岩盖章晚期方解石水泥来自地层流体。

尽管板块通常视为刚性板块,板内变形普遍存在,与地区远离板块边界进行折叠,压裂,复活的缺点从以前的变形事件。这种变形可能会导致流体和成矿作用有关。为了更好地理解大自然,起源,和相对年龄的板内变形事件,Parizot et al。28]分析例子的拉德芳斯喀斯地区的前陆盆地北部法国比利牛斯山脉。该区域受到不同的周边地区,每个国家都有自己的构造演化。通过断层相关的构造分析结合地质年代学方解石胶结物,他们演示如何研究故障记录长变形历史特点是不同的事件。特别是中生代扩展了来自侏罗纪早期的事件(的海床)结束的白垩纪早期(庇里牛斯山的张性盆地的形成),而压缩的比利牛斯山脉的造山运动开始于研究区马早在100年前,一直持续到晚始新世。这项研究说明了如何构造事件主要发生在板块边界也会导致在板内的形成和重新激活结构域,从而控制流体流动。

流体超压在不同地质环境中会导致水力压裂的形成和传播,以及扩张多孔区。通过新颖的数值模拟,科恩et al。29日)系统地评估有效应力场的影响失败机制,断裂模式和流体排水。他们认为三种不同场景的压力增加,水力压裂在自然界中,通常会遇到的包括沉积盆地,一个垂直区,和一个水平层断层所抵消。他们的研究结果表明,几何区域的流体压力建立施加连续一阶控制孔隙度变化,裂缝的形成,和流体压力持续不失败。他们描述液压角砾岩的形成,subhorizontal骨折,骨折和外延以及剪切模式取决于流体压力演化为不同的初始设置。结果通过科恩et al。29日]揭示复杂的孔隙度演化为不同的系统和突出的重要性,了解地质系统的几何形状(包括多孔层,海豹和断层)当水力压裂形成的超压分布的预测,因此就可以了。

许多类型的矿化需要结构性陷阱限制液体和地球化学迁移陷阱与正确的代理触发矿物沉淀。理解结构性陷阱作为基本控制流体流动和矿化是必不可少的铁矿石的勘探,如铀矿。Benedicto et al。30.)研究的中间和deposit-scale结构控制unconformity-related阿萨巴斯卡盆地铀成矿(加拿大)。他们检查岩心数据识别中尺度结构陷阱和破译的影响剪切带复活的矿化系统。Benedicto et al。30.)确定3 d膨胀慢跑区域剪切区弯曲和改变他们的取向以及重新激活共轭剪切机。他们描述生叶开了,然后充满铀静脉平行或倾斜。本研究强调的重要性理解继承的作用出现脆性结构延性的面料控制渗透率演化。

也关注一个继承了延性结构,Holbek et al。31日)评估结构控制浅新生代流体在新西兰奥塔哥片岩,掘出中生代增生楔。他们研究热液系统,导致流体流动和矿物反应在较浅的深度。变质韧性面料,形成于三叠纪和侏罗纪是影响关节,由白垩纪期间发掘。他们描述等关节被激活的走向滑动断层网络包含静脉和巩固了断层角砾岩两个特点是热液碳酸盐的沉淀,估计是谁的温度和氧同位素和方解石的孪生分析。其地球化学揭示变量相关度流体之间的相互作用和主机片岩,以及强烈的局部流体沿着关节和缺点。他们解释,静脉和角砾岩成矿流体有变质后源分解反应。Holbek et al。31日)确定叶理、关节和断层网络为主要结构对流体流动的控制,这是推测发生在中新世早期由于压缩。

古喀斯特沉积盆地结构主要控制流体流动,可以发挥关键作用,石油系统元素。例如,有主要深层油气藏在塔里木盆地的古喀斯特系统(中国)。通过研究,结合岩石学、同位素分析、显微温度学,Baques et al。32)评估paleofluid系统导致解散和蛀牙的形成Yijianfang他隆起的塔里木盆地的形成。他们发现溶解发生在埋藏条件和各种起源是由于流体的流动在不同地质时期。他们建议酸性液体与生烃和成熟解散在志留纪或Devonian-Permian引起的。解散他们的结果也描述有关高温液体来自火成岩活动在二叠纪末期和中生代的地层流体的流动。Baques et al。32)确定断裂形成的七个项目,溶蚀、胶结。他们还讨论的葬礼起源研究古喀斯特,与近地表模型相比之前在其他研究提出解散。

2.3。结构控制对地热储层矿物反应和影响

沉积盆地流体的循环可能导致成岩变化的形成,如白云石化作用,改变岩石的porosity-permeability,因此储层质量特征。沙et al。33]研究火成岩侵入盆地如何影响这种变化。通过岩石学、元素和稳定同位素分析、岩石物性特征,他们的影响研究辉绿岩岩体成岩和porosity-permeability泥盆纪Khyber石灰石在巴基斯坦西北的进化。这些作者描述鞍白云石形成产生的热液流体来自辉绿岩堤坝,其侵位引起的接触变质作用,因此石灰石大理石转换。堤坝侵位后,第二个白云岩形成阶段,其次是陨石成岩作用特点是方解石化,解散,方解石胶结。沙et al。33]讨论了孔隙度和渗透率演化在不同成岩事件的区域。

虽然葬礼通常减少孔隙度、沉积岩可以在深度进行溶解过程,这可能会导致增加次生孔隙度。详细的岩石和地球化学研究Laczko-Dobos et al。34]深埋地下的上部中新世湖尼尔盆地的砂岩(匈牙利)允许重建他们的成岩演化。他们分析核心样本井位于灰鲭鲨槽内的不同位置重建三个形成的共生序列包括开放水域的泥灰土和局限,slope-related无侧限浊。尖吻鲭鲨槽系统,泥灰土是烃源岩和最浊水库,而较低的(限制)浊烈没有水库潜力。Laczko-Dobos et al。34]描述如何强烈的压实、胶结和矿物沉淀之前油气运移,而次生孔隙度发达埋藏条件下溶解在晚成岩作用由于外部液体在一个开放的循环系统。作者也讨论涉及地下室块和盆地沉积水文地质模型。

也关注尼尔盆地,Fintor和巴尔加35提出新的古地理重建的地下室华力西块基于指纹(静脉和流体包裹体)Tisia paleohydrological系统的岩层。静脉的研究,主要由石英和碳酸盐矿物,和他们的主岩变化,揭示了三个阶段的流体流动和矿物的反应。通过重建paleofluid流的发展区域,Fintor和巴尔加35)断定,匈牙利的系统的一部分西方Tisia区域匹配特征中欧华力西带的热液活动。他们建议这个系统属于波希米亚地块到阿尔卑斯造山运动的爆发,并且它的晚古生代的位置是北Moravo-Silesian区。他们的研究是一个极好的例子,使用静脉和岩石改变重建一个地区的地质演化。

由于流体对流传热传质是典型的火山热液和地热系统的省份。快速冷却率和高压水下或高纬度冰川下的火山环境加强quench-induced碎片,在玄武岩喷发,结果在玄武碎屑岩的形成。玄武碎屑岩,由角玻璃碎片,通常高度多孔和含水层渗透,因此认为是良好的储集层岩石和地热能源系统。然而,hyaloclastic玻璃可以轻易改变粘土矿物和沸石。再加上其他变更流程和压实,以及降水的其他矿物阶段,导致力学性能和孔隙度和渗透率的变化分布。Eggertsson et al。36)检查压实的影响在玄武碎屑岩的岩石物性和机械进化一个活跃的冰岛东北部Krafla火山地热系统。他们比较实验结果的屈服点和孔隙度和渗透率演化的玄武碎屑岩样品表面与地下岩心。结果表明,地下样本显示更高的优势由于孔隙度和渗透率较低。Eggertsson et al。36]得出burial-induced压实不能仅占玄武碎屑岩的物理力学性质Krafla火山地下地热储层。用光学和电子显微镜检查样品,他们建议孔隙网络是由矿物沉淀和修改变更与高温流体的流动,导致岩石加固。他们的研究揭示了如何重要理解机械和矿物过程之间的相互作用等的预测类型的地热储层。

韦弗et al。37)还在地热系统研究玄武碎屑岩行为,专注于层状硅酸盐反应如何影响储层孔隙度和渗透率以及机械性能。通过结合岩石、矿物和岩石力学分析,他们还从Krafla火山系统研究的例子来理解脱水反应的clay-dominated玄武碎屑岩矩阵(称为橙玄玻璃),这可能会影响地热储层属性。结果表明,蒙脱石脱水反应,造成质量损失和收缩,发生在温度在地热系统常见。这意味着积极的温度、孔隙度以及渗透率之间的关系,也就是说,在高温热处理在案例研究(600°C)的结果在一个流的改善储层的属性。这项研究还表明,脆性破坏的玄武碎屑岩取决于孔隙度,因此,影响地热储层的行为。韦弗et al。37)将他们的实验分析和地下玄武碎屑岩样品评估温度变化如何影响机械性能,因此流体流动特性。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

我们感谢Geofluids编辑部工作人员在管理这个特殊问题的支持。我们也感谢所有的评论者手稿提交给这个特殊的问题,以及Geofluids副编辑处理提交的客座编辑。EGR承认西班牙科技部资助的创新(MCIN) /西班牙国家研究机构(AEI) /欧洲区域发展基金(ERDF) / doi:10.13039 / 501100011033·拉蒙-卡哈尔奖学金ryc2018 - 026335 - i。

恩里克Gomez-Rivas
保罗·d·法国公债
鲁迪·斯文
安东尼奥Benedicto