矿物的溶解是深层和超深层次生孔隙型优质碎屑岩储层形成和发育的重要前提。长石和碳酸盐等不稳定矿物的溶解是目前世界上以次生孔隙为主的储集空间的主要成因类型。石英作为一种常见的稳定矿物，相对难以溶解，但是在以库车坳陷为代表的前陆盆地中，石英溶蚀孔隙通常占有一定比例。前陆盆地与其他类型盆地的核心差异，在于其形成演化过程中普遍遭受强烈的侧向构造挤压应力。基于这一地质背景差异，侧向挤压应力是否能够显著促进石英的溶解，成为揭示前陆盆地超深层储层次生孔隙成因的关键科学问题。
针对上述科学问题，本研究以塔里木盆地库车坳陷白垩系巴什基奇克组超深层碎屑岩储层为核心研究对象，系统开展储层发育特征的宏观-微观综合研究，明确储层岩石学特征、孔隙结构演化及主控因素；同时，借助Materials Studio、Lammps等专业模拟软件，系统开展一系列分子动力学模拟试验，从分子尺度揭示储层流体-岩石相互作用机制。研究表明，白垩系巴什基奇克组超深层碎屑岩储层中石英颗粒溶蚀面孔率在薄片的总面孔率和次生面孔隙率中占据较高比例（图1）。这表明，在前陆盆地强烈的侧向压应力背景下，石英颗粒溶解形成的次生孔隙在深层储集空间具有重要地位。
图1 巴什基奇克组超深层碎屑岩储层石英颗粒溶蚀特征
分子动力学模拟实验的结果揭示了侧向挤压应力条件下石英溶解的分子机制，并从能量学角度量化了溶解过程中的能量变化，为阐释挤压应力下石英溶解响应的内在机理提供了分子尺度的理论支撑。在反应过程中，石英与溶液之间发生了显著的物质交换，在石英表面形成了过渡层，当存在侧向挤压应力时，过渡层厚度较大。在整个溶解过程中，该层出现了不同的石英基团（如Q2、Q1、Q0），这表明石英中的Si-O-Si键逐步断裂，并最终发生溶解。在模拟实验的封闭系统中，石英的溶解部分（Q0）最终石英表面发生了再沉淀（图2）。侧向挤压应力条件的应用降低了石英表面Q2位点溶解的两个关键过程的自由能势垒，即Q2→ Q1和Q1→ Q0。此外，与酸性条件相比，侧向压应力对碱性溶液环境中石英的溶解有更显著的促进作用，二者存在机制上的差异（图3）。前陆盆地强侧向压应力条件下石英颗粒的溶解是优质深部和超深部储层的关键成因机制之一，有利于延长优质深层、超深层储层的勘探下限。
图2侧向挤压应力对石英溶解的影响，其中（a）-（d）显示无侧向挤压应力条件下的实验结果，（e）-（h）显示有侧向挤压应力条件的实验结果
图3 石英在酸性和碱性条件下的反应机制
研究成果近期发表在油气地学领域重要国际期刊Petroleum Science以及化学类综合期刊ACS Omega上。论文在操应长教授指导下完成，第一作者为tyc7111cc太阳成集团吴兵博士，通讯作者为tyc7111cc太阳成集团王健教授，合作者包括tyc7111cc太阳成集团、材料科学与工程学院的胡松青教授、孙霜青教授、吕强博士后、蒋雄锋硕士，中国石油塔里木油田公司的杨海军教授级高工、周露高工、娄洪高工。该研究得到国家科技重大专项、国家自然科学基金面上项目、山东省泰山学者青年专家经费和深层油气全国重点实验室基金等联合资助。
论文信息：Bing Wu , Jian Wang, Yingchang Cao, Qiang Lyu, Songqing Hu, Shuangqing Sun, Haijun Yang. Molecular dynamics simulation for effect of stress on quartz dissolution: implication on the development of high-quality reservoirs in Foreland Basins[J]. Petroleum Science, 2026. https://doi.org/10.1016/j.petsci.2026.01.033.
Bing Wu，Jian Wang，Yingchang Cao，Lu Zhou，Shuangqing Sun，Hong Lou, Xiongfeng Jiang. Dissolution Characteristics at the Quartz-Water Interface in Different Environments: Insights from Molecular Dynamics Simulations[J]. Acs Omega, 2026. https://doi.org/10.1021/acsomega.5c05887.
