一种确定泥页岩有机质丰度风化校正系数的方法与流程

1.本发明涉及油田勘探开发技术领域，特别是涉及到一种确定泥页岩有机质丰度风化校正系数的方法。


背景技术：

2.国内外油气勘探实践表明，油气分布主要受到烃源岩发育条件的控制，其中烃源岩的有机质丰度特征起到了关键作用，成为油气成藏条件评价中的关键因素。我国中低勘探程度的盆地较多，盆内烃源岩埋藏深度大且钻遇井资料较为有限，制约了供烃条件认识与油气勘探进程；而盆缘露头发育的泥页岩样品，就成为了研究盆地内部烃源岩的重要基础。
3.野外露头即地下岩层出露地表之后形成的地质体，其保存条件明显比盆地内部深层的保存条件差。在盆缘露头区的烃源岩样品，由于构造抬升作用而暴露于地表或近地表，长时间与大气、地表水、生物接触过程中，发生了各种物理、化学、生物等系列风化作用，影响了泥页岩的物理结构、化学组成与有机化学特征及其生烃潜力，使得有机质丰度显著降低，造成烃源岩评价结果失真，因此，在有机质丰度研究中需进行风化作用的校正。
4.同一层位相同岩性样品在钻井和露头上出现的差异，与风化作用有密切相关。分析认为，风化作用对有机质丰度影响作用复杂，影响程度与露头区岩性、产状、构造部位、风化作用时间、古气候等多种因素有关。目前对于各影响因素与有机质丰度的具体关系难以开展分析。前人曾对风化作用对烃源岩有机质丰度的影响开展过相关研究，但主要集中在风化作用的深度、风化作用对有机碳(toc)等有机质丰度指标的影响程度等方面，且多为定性或半定量分析，对于露头样品有机质丰度指标与风化程度的关系尚未完全明确，难以满足野外露头泥页岩样品有机质丰度客观评价与研究的需求。
5.因此，亟需建立野外露头有机质丰度风化校正的方法，为露头区烃源岩客观评价提供支持，为区带油气潜力科学预测奠定基础。为此我们发明了一种确定泥页岩有机质丰度风化校正系数的方法，解决了以上技术问题。
6.在风化作用过程中，泥页岩内的活泼的碱金属元素(na、ca、mg等)流失，稳定元素(al、ti、sc、zr、th等)富集，造成化合物组成的变化，表现为al2o3等组分增加。无机元素的迁移与相关化合物的变化，往往与有机质丰度的变化存在明显相关性，可以作为有机质丰度风化校正的直接依据。
7.在申请号：cn201310008706.8的中国专利申请中，涉及到一种判别低丰度有效烃源岩的方法，其具体步骤为：获取某一区域多个地点、多个单井、同一岩性烃源岩热解参数和有机质成熟度(ro)参数；筛选出低丰度(toc≤0.5％)烃源岩对应的热解参数和ro，根据筛选的烃源岩参数计算每个深度或ro对应的生烃潜力指数；绘制相同间隔、不同范围toc烃源岩生烃潜力指数随深度或ro演化剖面；在多个连续不同范围toc烃源岩生烃潜力指数演化剖面中寻找首次出现排烃门限的演化剖面，该演化剖面对应的toc值(或toc范围)即为低丰度有效烃源岩的toc下限值，此toc值以上的烃源岩为低丰度有效烃源岩。该专利需进行
大量的镜质体反射率测定结果，其目标是应用于明确不同热演化程度样品的生排烃特征，以确定有机质丰度下限，不能反映风化过程造成的有机质丰度的降低程度。
8.在申请号：cn201811511167.9的中国专利申请中，涉及到一种预测烃源岩有机质丰度的方法及装置。该方法包括：获取目标区域的测井曲线；根据所述测井曲线计算所述目标区域的总有机碳toc值；根据所述目标区域的toc值，结合测井曲线合成地震记录，进行井震标定；根据所述井震标定的结果，提取井旁道地震属性特征，建立toc与所述地震属性特征的关系式；根据所述关系式建立目标区域toc的空间分布。该方法需利用钻井资料的大量测井数据与地震资料，其目标是通过地震与测井资料拟合出现今地质条件下的残余有机质丰度分布特征，不能反映风化过程造成的有机质丰度的降低程度,无法进行野外露头有机质丰度的风化校正。
9.在申请号：cn201310652232.0的中国专利申请中，涉及到一种计算原始有机质丰度恢复系数的方法，该方法包括:建立各有机质类型生烃率g与镜质体反射率ro之间的数学关系；求得残余降解率dc与生烃率g之间的关系；在假设原始生烃率gy为镜质体反射率ro等于4时的生烃率时，根据生烃率g与镜质体反射率ro之间的关系和残余降解率dc与生烃率g之间的关系，得出高演化烃源岩原始有机质丰度恢复系数rc与镜质体反射率ro的关系；以及利用镜质体反射率ro和有效有机碳向烃类转化的转化系数a，求得高演化烃源岩的原始有机质丰度恢复系数rc，对高演化烃源岩的原始有机质丰度进行恢复。该专利需进行大量的镜质体反射率测定结果，其所采用方法是应用于有机质丰度随热演化程度造成的损耗部分的校正。泥页岩有机质丰度的损耗存在两大原因，其一是随热演化程度造成的有机质丰度降低，另一方面是在风化过程中有机质丰度的降低。该方法只能反映第一种方式的影响，不能反映风化过程造成的有机质丰度的降低程度，无法进行野外露头有机质丰度的风化校正。
10.为此我们发明了一种新的确定泥页岩有机质丰度风化校正系数的方法，解决了以上技术问题。


技术实现要素：

11.本发明的目的是提供一种为烃源岩评价与区带油气资源潜力预测提供技术支持的确定泥页岩有机质丰度风化校正系数的方法。
12.本发明的目的可通过如下技术措施来实现：确定泥页岩有机质丰度风化校正系数的方法，该确定泥页岩有机质丰度风化校正系数的方法包括：
13.步骤1，选取重点层段剖面，并对新鲜剖面或浅钻孔系统取样；
14.步骤2，进行无机元素化合物与toc分析；
15.步骤3，计算cia、ciw这些风化程度参数；
16.步骤4，确定未风化样品toc值；
17.步骤5，计算各样品toc校正因子；
18.步骤6，分析风化参数与校正因子的相关性；
19.步骤7，建立风化程度toc校正量化模型。
20.本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
21.在步骤1中，选取重点层段剖面时，针对烃源岩研究目的层段，通过野外踏勘确定
该烃源岩层段出露区；优先选取新修公路、新开采矿山这些新鲜露头剖面；或选取产状相对垂直剖面，实施浅钻孔取心。
22.在步骤1中，对新鲜露头样品或浅钻孔目的层段进行系统取样，其中地下保存条件较好段取样间隔为0.2m-1m，靠近地表处取样间隔适当加密为0.1m-0.5m。
23.在步骤1中，若目的层段平面分布稳定，且临近层具有易识别标志层，可与盆内近距离钻井进行对比，将钻井样品作为系统取样的未风化样品。
24.在步骤2中，针对系统取样的样品，利用x荧光光谱元素分析方法，进行al、mg、ca、k这些元素测定，确定三氧化二铝al2o3、氧化钙cao、氧化钠na2o、氧化钾k2o这些化合物含量，同时进行有机碳toc有机质丰度相关的地球化学分析测试。
25.在步骤3中，利用化合物测定结果，计算样品cia、ciw、pia这些风化参数，具体公式为：
26.cia＝[al2o3/(al2o3+cao+na2o+k2o)]
×
100
[0027]
ciw＝[al2o3/(al2o3+cao+na2o)]
×
100
[0028]
pia＝[(al2o
3-k2o)/(al2o3+cao+na2o-k2o)]
×
100。
[0029]
式中，氧化物单位均为摩尔；
[0030]
化学蚀变指数cia、化学风化指数ciw均可评价长石向高岭石等粘土矿物转化的程度，斜长石蚀变指数pia可消除钾交代作用的影响。
[0031]
在步骤4中，结合各风化参数趋于恒定且最低值、有机碳toc测定结果中恒定且最高值，确定未风化样品或近似母岩样品toc值，toc为样品有机碳含量，单位为％。
[0032]
在步骤5中，根据各样品toc及toci与未风化样品toc值及toco值，计算各样品的有机质丰度校正系数ki，公式为：
[0033]ki
＝toco/toci；
[0034]
式中，toco为有机质未风化的原始有机碳含量，％；toci为有机质风化后的原始有机碳含量，％。
[0035]
在步骤6中，分析系列样品的各风化参数与有机质丰度校正系数ki的相关性，建立单要素回归定量模型，即
[0036]ki1
＝f(cia)
[0037]ki2
＝f(ciw)。
[0038]
在步骤7中，建立风化程度toc校正量化模型。
[0039]
该确定泥页岩有机质丰度风化校正系数的方法还包括，在步骤7之后，选取相关性最强的要素模型，确定为该区适用的风化程度校正系数量化公式；在单要素基础上进行多元回归，最终以模型相关性作为公式依据，同时k值应≥1，k为风化校正系数。
[0040]
本发明中的确定泥页岩有机质丰度风化校正系数的方法，在地表露头、新鲜露头、浅钻孔和钻井样品系统取样基础上，针对同一层段的烃源岩样品进行无机元素与化合物组成、toc等地球化学分析测试，利用无机化合物组成参数来表征样品风化程度，建立风化程度参数与不同风化程度作用下有机质丰度校正系数指标的量化关系，实现野外露头在不同风化程度条件下有机质丰度校正系数的科学定量预测。
[0041]
本发明的创新点在于以下两点：第一，可客观评价不同程度风化作用对于有机质丰度的影响程度；第二，方法以无机元素迁移和化合物组成变化特征为核心，创新性建立了
不同程度风化作用下有机质丰度定量校正模型。
附图说明
[0042]
图1为本发明的确定泥页岩有机质丰度风化校正系数的方法的一具体实施例的流程图；
[0043]
图2为本发明的一具体实施例中样品埋深与有机质丰度(toc)相关图；
[0044]
图3为本发明的一具体实施例中样品埋深与风化程度参数1(cia)相关图；
[0045]
图4为本发明的一具体实施例中样品埋深与风化程度参数2(ciw)相关图；
[0046]
图5为本发明的一具体实施例中样品埋深与toc风化校正系数(k)相关图；
[0047]
图6为本发明的一具体实施例中toc风化校正系数(k)与风化程度参数(cia)相关图；
[0048]
图7为本发明的一具体实施例中toc风化校正系数(k)与风化程度参数(ciw)相关图。
具体实施方式
[0049]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0050]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
[0051]
如图1所示，图1为本发明的利用无机元素组成确定泥页岩有机质丰度风化校正系数的方法的流程图。
[0052]
步骤1，针对烃源岩研究目的层段，通过野外踏勘确定该烃源岩层段出露区；优先选取新修公路、新开采矿山等新鲜露头剖面；或选取产状相对垂直剖面，实施浅钻孔取心，钻孔深度建议20-100m，具体深度以地层岩性、年代、产状及风化时长等因素确定；结合实际地质情况，也可租用挖掘设备予以辅助。
[0053]
步骤2，对上述新鲜露头样品或浅钻孔目的层段进行系统取样，其中地下保存条件较好段取样间隔可为0.2m-1m，靠近地表处取样间隔适当加密为0.1m-0.5m。
[0054]
步骤3，若目的层段平面分布稳定，且临近层具有易识别标志层，可与盆内近距离钻井进行对比，将钻井样品作为系统取样的未风化样品。
[0055]
步骤4，针对系统取样的样品，利用x荧光光谱元素分析方法，进行al、mg、ca、k等元素测定，确定al2o3、cao、n2o、k2o等化合物组成，同时进行有机碳(toc)等有机质丰度相关的地球化学分析测试。
[0056]
步骤5，利用化合物测定结果，计算样品cia、ciw、pia等风化参数，计算方法分别依据nesbitt and young(1982)、harnois(1988)、fedo(1995)。具体公式为：
[0057]
cia＝[al2o3/(al2o3+cao+n2o+k2o)]
×
100
[0058]
ciw＝[al2o3/(al2o3+cao+na2o)]
×
100
[0059]
pia＝[(al2o
3-k2o)/(al2o3+cao+na2o-k2o)]
×
100
[0060]
步骤6，结合各风化参数趋于恒定且最低值、有机碳(toc)测定结果中恒定且最高值，确定未风化样品或近似母岩样品。
[0061]
步骤7，根据各样品toc(toci)与未风化样品toc值(toco)，计算各样品的有机质丰度校正系数ki，公式为：
[0062]ki
＝toco/toci[0063]
步骤8，分析系列样品的各风化参数与有机质丰度校正系数ki的相关性，建立单要素回归定量模型，即
[0064]ki1
＝f(cia)
[0065]ki2
＝f(ciw)
[0066]
步骤9，选取相关性最强的要素模型，确定为该区适用的风化程度校正系数量化公式；可在单要素基础上进行多元回归，最终以模型相关性作为公式依据，同时k值应≥1。
[0067]
步骤10，测定该区其它地表露头烃源岩样品的风化参数相关元素与toc，代入步骤10中确定的公式，即可确定未风化作用的toc值(toco)。
[0068]
toc
o’＝toci×ki
[0069]
在应用本发明的实施例1中，包括了以下步骤：
[0070]
(1)选取河西走廊地区六盘山盆地李洼峡水库附近地层产状直立剖面，实测地层倾角为90
°
，研究层位为下白垩统马东山组(k1m)。
[0071]
(2)针对马东山组的烃源岩发育集中段，实施深度35m的浅钻孔，并进行全井段取心。
[0072]
(3)在靠近地表处进行密集取样，样品间隔0.1m-0.5m，地下保存条件较好的岩心段取样间隔为0.2m-1m。
[0073]
(4)进行有机碳(toc)等有机质丰度相关的地球化学分析测试，编制k1m样品埋深与toc相关图(图2)。
[0074]
(5)利用x荧光光谱元素分析，测定样品al、mg、ca、k等元素及相关化合物含量。根据元素测定结果，计算样品风化程度表征参数(cia、ciw、pia等)。编制样品埋深与重点风化参数(cia、ciw)相关图(图3、图4)。
[0075]
(6)结合各风化参数趋于恒定且最低值、有机碳(toc)测定结果中恒定且最高值，视为未风化样品或近似母岩样品，由图3、图4可以看出，该剖面风化影响深度约为5m-10m。地表风化作用显著层段的风化参数较大，cia为50-82，ciw可达90。在埋深10m-25m样品，toc趋近于1.34％，cia为44-46，ciw为60左右，因此将未风化样品toc值(toco)确定为1.34％。
[0076]
(7)根据各样品toc(toci)与确定的未风化样品toc值(toco)，计算各样品的有机质丰度校正因子ki，公式为：
[0077]ki
＝toco/toci[0078]
在此基础上，编制样品埋深与toc校正系数相关图(图5)，由图5可知，样品toc校正系数最大可达2.85。
[0079]
(8)分析系列样品的各风化参数与有机质丰度校正因子ki的相关性(图6、图7)，建立风化参数与丰度校正因子的单要素回归定量模型。其中：
[0080]ki1
＝2.9097
×
ln(cia)-9.8625(r2＝0.8504)
[0081]ki2
＝5.323
×
ln(ciw)-20.627(r2＝0.8491)
[0082]
由于cia、ciw、pia等参数对风化作用的评价在考虑钾交代作用上存在不同认识，造成评价结果存在差异，早期风化阶段，以斜长石风化作用为主，在斜长石消失后，钾长石、伊利石等矿物被风化，发生k元素释放交代。在应用本方法中，根据露头层系、风化时间以及典型化合物组分特点，选取某一典型风化参数进行拟合即可。
[0083]
(9)在单要素基础上进行多元回归，建立多风化程度参数共同约束的有机质丰度校正量化模型。
[0084]
k＝f(cia，ciw)
[0085]
通过多元回归，得到多因素约束下的有机质丰度风化校正系数量化预测公式为：
[0086]
k＝1.512
×
ln(cia)+2.645
×
ln(ciw)-15.407(r2＝0.864)
[0087]
在应用本发明的实施例2中，包括了以下步骤：
[0088]
(1)选取准噶尔盆地南缘地区西大龙口水库附近地层产状直立剖面，实测地层倾角为80
°
，研究层位为中二叠统芦草沟组(p2l)。
[0089]
(2)针对芦草沟组的烃源岩发育集中段，地面以上新鲜露头约20m，实施深度10m的浅钻孔，并进行全井段取心。
[0090]
(3)在靠近地表处进行密集取样，样品间隔0.1m-0.5m，地下保存条件较好的岩心段取样间隔为0.2m-1m。
[0091]
(4)进行有机碳(toc)等有机质丰度相关的地球化学分析测试，编制p2l泥页岩样品埋深与toc相关图。
[0092]
(5)利用x荧光光谱元素分析，测定样品al、mg、ca、k等元素及相关化合物含量。根据元素测定结果，计算样品风化程度表征参数(cia、ciw、pia等)。编制样品埋深与重点风化参数(pia、cia、ciw)相关图。
[0093]
(6)结合各风化参数趋于恒定且最低值、有机碳(toc)测定结果中恒定且最高值，视为未风化样品或近似母岩样品，由样品埋深与重点风化参数(pia、cia、ciw)相关图可知，该剖面风化影响深度约为8m-12m。地表风化作用显著层段的风化参数较大，cia为60-89，ciw为81-92，pia为75-96。在地表以下5m-10m样品，toc趋近于2.15％，cia为50-52，ciw为55左右，pia为70，因此将未风化样品toc值(toco)确定为2.15％。
[0094]
(7)根据各样品toc(toci)与确定的未风化样品toc值(toco)，计算各样品的有机质丰度校正因子ki，公式为：
[0095]ki
＝toco/toci[0096]
在此基础上，编制样品埋深与toc校正系数相关图，由图6可知，样品toc校正系数最大可达3.62。
[0097]
(8)分析系列样品的各风化参数与有机质丰度校正因子ki的相关性，建立风化参数与丰度校正因子的单要素回归定量模型。其中：
[0098]ki1
＝3.8221
×
ln(cia)-6.2075(r2＝0.8329)
[0099]ki2
＝3.5912
×
ln(ciw)-15.3744(r2＝0.8656)
[0100]ki3
＝6.2508
×
ln(pia)-8.6679(r2＝0.8530)
[0101]
(9)在单要素基础上进行多元回归，建立多风化程度参数共同约束的有机质丰度校正量化模型。由于步骤8中ciw、pia参数的但要素拟合相关性略高，选取ciw、pia参数进行
双要素拟合。
[0102]
k＝f(pia，ciw)
[0103]
通过多元回归，得到多因素约束下的有机质丰度风化校正系数量化预测公式为：
[0104]
k＝3.3701
×
ln(pia)+4.9323
×
ln(ciw)-12.8260(r2＝0.872)
[0105]
本发明中风化程度作用下有机质丰度校正系数确定方法，涉及元素地球化学、有机地球化学等理论方法，旨在为低勘探程度区野外露头烃源岩有机质丰度的客观评价提供技术支持和理论依据。基于野外新鲜露头或浅钻孔样品的系统取样分析测试，首次以无机元素迁移与化合物变化特征为核心，创新性建立了不同程度风化作用下有机质丰度定量校正模型，实现了不同风化作用下原始有机质丰度的科学评价。
[0106]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0107]
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。