碳酸盐含量分析方法

一、碳酸盐含量分析原理

1、气体体积测量

CaCO3+2HCL→CO2↑+CaCL2+H2O

100g+73g→22.41    （0℃，一个标准大气压）

1g      →224ml             （0℃，一个标准大气压）

那么在t℃时，所得到的体积就应该用下式进行计算：

Vt=Vo×(1+t)=224×(1+t/273)

举例来说，在20℃时，1g CaCO3与足量HCL起反应，所得到的体积应该是:

V=224×(1+20/273)=240ml

若1g含CaCO3的样品与足量HCL反应，得到120ml的CO2气体，则此样品中所含的CaCO3的含量为120ml/240ml=50%。

同样我们也可以分析得到白云岩的含量。

2、速度原理

由于岩样样品的化学成分不同（含Ca、Mg），与盐酸反应的速度则不相同。经过实际测定：CaCO3与HCL反应的速度远远高于与CaMg(CO3)2的反应速度。根据大量测试得出以下几种情况：

（1）灰岩反应速度大于白云岩。

（2）白云质中先是灰质部分进行反应且速度特快，随反应时间的延长，才是反应白云质的成分。

（3）泥质白云岩反应较慢。

（4）其他类型的白云岩反应时间更长。在通常情况下，0～3分钟反应的是钙质部分，3～10分钟反应的是白云质成分。

二、碳酸盐测定仪原理

常用碳酸盐含量测定仪有两种，一种是法国地质服务公司生产的机械式测定仪;另一种为国产的电子压力传感式测定仪。二者的工作原理是相同的，都是通过测量岩样和盐酸反应产生的CO2气体的压力，建立一条碳酸钙含量随压力变化的函数曲线，从而间接得出碳酸钙的含量。

三、碳酸岩的称量仪器

常用碳酸岩称量仪器有三种，1.天平式称量仪2.电子天平（只有一位小数）3.电子天平（四位小数）。最精确的称量仪器为四位小数的电子天平如下图所示(图1)：

图1 电子天平

最大称量：110g

实际分度值：0.0001g

四、碳酸盐含量分析操作流程及误差

操作流程：挑标准样1～2g→干燥→研磨成粉末状→称量1g→倒入反应池，注入18%的盐酸5mL反应→看曲线读值。

常见操作造成的误差：

1.岩屑未研磨彻底，尚有块状，反应不彻底，影响反应速度，进而影响读值，CaCO3读值偏小，CaMg(CO3)2读值偏大。

2.中途摇动反应池，造成曲线成阶梯状上升，从而CaCO3读值偏小，CaMg(CO3)2读值偏大。

3.盐酸注入过多，使气体所占空间减少，读值偏大。

4.上次做完碳酸盐含量分析，气体未排尽，读值偏大。

五、碳酸盐测定仪的标定和校验

根据空瓶状态下的电压值来标定零度，用1g纯 CaCO3与盐酸反应生成的记录CO2的电压值来标定满刻度。用0.5g CaCO3与盐酸反应校验，如图2所示。

图2  校验图

六、碳酸盐含量读值分析

1、碳酸盐反应记录曲线分析基础

实验证明:碳酸钙与盐酸的反应速度大大高于白云石与盐酸的反应速度。综合现场的实际情况，岩屑与盐酸的反应主要表现如下:

(l)灰岩反应速度大于白云岩;

(2)白云质灰岩中首先出现的是灰岩的快速反应峰，随时间的延长，白云质成分才反应;

(3)泥质白云岩反应速度较慢;其它类型白云岩，反应时间较长;

(4)白云岩与热盐酸反应速度比与冷盐酸反应速度要快。

常见岩性曲线变化特征如图3所示：

a) 泥质石灰岩：0～10秒之内压力迅速上升，反应曲线转为平直部分记录的是CaCO3的含量，如曲线A所示。

b) 白云灰岩：0～10秒之内压力迅速上升，拐点处反应记录的是CaCO3的含量；然后曲线突然弯曲反应缓慢，平直部分记录含量和拐点的差值为CaMg(CO3)2的含量，如曲线B所示。

图3

c) 泥质白云岩：反应逐渐开始， 最后压力曲线稳定值为其含量，如曲线C所示。                                                

d) 另一种白云岩：反应立即开始，但上升比较缓慢最后稳定值为其含量, 如曲线D所示。

2、用拐点法对碳酸盐的含量进行测定分析

读值通常一分钟时的读数被认为是碳酸钙的百分含量;用最大值减去一分钟的读值则视为白云岩的百分含量，这是目前塔里木录井公司大都采用的碳酸盐含量读取方法。

用拐点的方法分析碳酸盐百分含量相对精度要高得多，虽然实现起来较复杂一些，只要注意盐酸的保存(特别是在炎热的夏季)和仔细地研磨、挑选岩样，还是能够比较容易的找到曲线的拐点，从而准确地测定碳酸钙和白云岩的含量。

碳酸钙与盐酸的反应迅速，记录曲线特征为直线;白云岩与盐酸反应缓慢，记录曲线特征为缓慢上升呈弧形。所以，我们沿着起始的直线做一条切线，当记录曲线离开该切线处的这一点即为碳酸钙和碳酸镁钙的分界点(拐点breakpoint)这样，我们就可以在记录纸上准确地分出二者的百分含量，这就是拐点法。如图4所示。

图4 拐点法分析原理图

举例如下:

泥质灰岩（图5）：

图5

灰质含量大于50%，泥质含量大于25%，小于50%。如图5所示:

(l)用“拐点”法读出的百分含量分别为:碳酸钙63%;碳酸镁钙5%。

(2)在1分钟时读数45%;3分钟时读数60%;最大读数68%。如此计算结果:碳酸钙含

量45%;碳酸镁钙23%。

2.灰质泥岩（图6）

图6

灰质含量小于50%。如图6所示:

(l)用“拐点”法读出的百分含量分别为:碳酸钙26%;碳酸镁钙3%。

(2)在1分钟时读数19%;3分钟时读数25%;最大读数28%。如此计算结果:碳酸钙含

量19%;碳酸镁钙9%。

七、结论

为了使做碳酸盐含量分析的结果更加精确，结合现场实际建议从以下几个方面做起：

1.选择分度值为0.0001g的电子天平，提高称量的精度，减小称量误差。

2.严格遵守操作规范，避免人为操作引起的误差。

3.用拐点法来读值。