一种泥页岩的分类方法与流程

本本发明涉及石油、地质、矿业勘探和开发技术领域，尤其涉及一种泥页岩的分类方法。

背景技术：

泥页岩中赋存着矿产资源，特别是页岩油气等资源。随着页岩油气勘探开发的迅速发展，泥页岩的分类及研究意义重大。因此，科学地、客观地、定量地对泥页岩进行分类和研究显得十分迫切。

目前，泥页岩分类方案主要包括以下两种：基于“三端元”划分原则将页岩分为硅质页岩、钙质页岩、黏土质页岩；将泥页岩划分为纹层状泥质灰岩、纹层-层状泥质灰岩、层-纹层状泥质灰岩和层-块状泥质灰岩。

上述第一种分类方案的不足在于：忽略了黄铁矿、钾长石、斜长石等矿物。页岩不仅含有硅质矿物、黏土和碳酸盐岩矿物，还含有黄铁矿、钾长石、斜长石等其他矿物，并且，某些矿物还具有沉积环境的指示意义。另外，其“三端元”划分原则及其依据只是理想模型，缺乏严格的统计学意义，只是人为的将其机械划分，实际上，很多页岩样品硅质矿物、粘土质矿物和钙质矿物很均衡的分布，理论与实际差别较大。

上述第二种分类方案的不足在于：缺乏严格的统计学意义，没有考虑到有机碳在泥页岩分类中的作用，难于对不同分类页岩的有机质进行预测。

因此，亟需研究一种在考虑硅质矿物、黏土和碳酸盐岩矿物、黄铁矿、钾长石、斜长石等矿物的基础上，体现有机质含量在泥页岩分类的地位的泥页岩分类方法，以进一步挖掘矿物、有机质和沉积环境内在的联系。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种泥页岩的分类方法，包括以下步骤：

从取芯层段泥页岩中采集若干不同深度的泥页岩样品；

获取每个泥页岩样品的总有机碳含量；

确定每个泥页岩样品的矿物种类，并获取每个泥页岩样品中各种矿物的含量；

将每个泥页岩样品中所有隶属于碳酸盐岩矿物的矿物的含量相加得到每个泥页岩样品中碳酸盐岩矿物的总含量；

对采集的所有泥页岩样品对应的总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量进行q型聚类，并根据聚类结果对泥页岩进行分类。

在一个实施例中，在进行q型聚类之前还包括以下步骤：

分别对每个泥页岩样品对应的总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量进行归一化整理，以得到每个泥页岩样品对应的归一化整理后的总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量。

在一个实施例中，还包括以下步骤：

根据聚类结果分析总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量之间的耦合关系，并挖掘总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量与沉积环境之间的内在联系。

在一个实施例中，基于gb/t19145-2003沉积岩中的总有机碳的测定标准获取每个泥页岩样品的总有机碳含量；基于sy/t5163-2010x射线衍射全岩分析标准确定每个泥页岩样品的矿物种类，并获取每个泥页岩样品中每种矿物的含量。

在一个实施例中，基于k-means聚类方法对采集的所有泥页岩样品对应的总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量进行q型聚类。

在一个实施例中，所述碳酸盐岩矿物包括方解石、白云石、文石、高铁方解石、铁白云石、菱镁矿、菱铁矿和菱锰矿。

在一个实施例中，所述非碳酸盐岩矿物的矿物包括石英、黏土、硬石膏、方沸石、钾长石、斜长石、重晶石、石盐、黄铁矿和云母。

在一个实施例中，根据聚类结果将泥页岩分为高碳含硅质黏土质页岩、富碳含黏土质硅质页岩、富碳含硅质黏土质页岩、富碳含硅质黏土质灰质页岩、含碳含硅质黏土质页岩和高碳含黏土质硅质页岩。

在一个实施例中，所述高碳含硅质黏土质页岩的沉积环境为深水陆棚，所述高碳含硅质黏土质页岩受陆源物质输入的影响；所述富碳含黏土质硅质页岩的沉积环境为深水陆棚，所述富碳含黏土质硅质页岩中的石英的成因包括生物质成因；所述富碳含硅质黏土质页岩的沉积环境为深水陆棚，所述富碳含硅质黏土质页岩受陆源物质输入的影响；所述富碳含硅质黏土质灰质页岩的沉积环境为深水陆棚，所述富碳含硅质黏土质灰质页岩受碳酸盐岩台地的影响；所述含碳含硅质黏土质页岩的沉积环境为浅水陆棚，所述含碳含硅质黏土质页岩在沉积的过程中有大于预设阈值的硅质和黏土的输入；所述高碳含黏土质硅质页岩的沉积环境为深水陆棚，所述高碳含黏土质硅质页岩中的部分硅质源于生物成因。

在一个实施例中，对于总有机碳的含量大于3.0％的泥页岩，其碳酸盐岩矿物的含量小于10％，黄铁矿的含量大于4.5％，其沉积环境为深水陆棚，该泥页岩中的部分硅质源于生物成因。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

本发明提供的泥页岩分类方法能够科学地、客观地、定量地对泥页岩进行分类和研究，在考虑硅质矿物、黏土和碳酸盐岩矿物、黄铁矿、钾长石、斜长石等矿物的基础上，充分体现机质含量在泥页岩分类的地位，该分类能够充分体现各种矿物含量和有机质之间的耦合关系，从而可以充分挖掘矿物、有机质与沉积环境内在的联系，在页岩油气的勘探和开发中很有理论价值和实际意义。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例的泥页岩的分类方法的流程图；

图2为某地区x井取芯层段泥页岩的总有机碳含量和各中矿物含量表；

图3为某地区x井取芯层段泥页岩样品q型聚类的最终聚类中心；

图4为某地区x井取芯层段泥页岩样品q型聚类分类结果及每个聚类结果中的案例数；

图5为某地区x井取芯层段泥页岩样品q型聚类分类结果及聚类成员；

图6为本发明实施例的泥页岩分类方法与常规的泥页岩分类方法的对比图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

下面以某地区x井为例，对本发明的泥页岩的分类方法进行详细说明。

图1为本发明实施例的泥页岩的分类方法的流程图。如图1所示，可以包括以下步骤s110至s150。

在步骤s110中，从取芯层段泥页岩中采集若干不同深度的泥页岩样品。

具体地，某地区x井为一口页岩气取芯井，取芯层段为某地区页岩研究评价的核心层段，具有典型性。本实施例分别采集了85个不同深度(深度为3500.8米至3587.3米范围内)的泥页岩样品。

在步骤s120中，获取每个泥页岩样品的总有机碳含量。可选地，基于gb/t19145-2003沉积岩中的总有机碳的测定标准获取每个泥页岩样品的总有机碳含量。

在步骤s130中，确定每个泥页岩样品的矿物种类，并获取每个泥页岩样品中各种矿物的含量。可选地，基于sy/t5163-2010x射线衍射全岩分析标准确定每个泥页岩样品的矿物种类，并获取每个泥页岩样品中每种矿物的含量。

在步骤s140中，将每个泥页岩样品中所有隶属于碳酸盐岩矿物的矿物的含量相加得到每个泥页岩样品中碳酸盐岩矿物的总含量。

具体地，碳酸盐岩矿物包括方解石、白云石、文石、高铁方解石、铁白云石、菱镁矿、菱铁矿和菱锰矿。将每个泥页岩样品中的方解石、白云石、文石、高铁方解石、铁白云石、菱镁矿、菱铁矿和菱锰矿等碳酸盐岩矿物的含量相加得到每个泥页岩样品中碳酸盐岩矿物的总含量。

在步骤s150中，对采集的所有泥页岩样品对应的总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量进行q型聚类，并根据聚类结果对泥页岩进行分类。优选地，基于k-means聚类方法对采集的所有泥页岩样品对应的总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量进行q型聚类。

具体地，泥页岩样品中的矿物除了碳酸盐岩矿物，还包括石英、黏土、硬石膏、方沸石、钾长石、斜长石、重晶石、石盐、黄铁矿和云母等。在本实施例中，基于k-means聚类方法对85个泥页岩样品对应的总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量、石英、黏土、硬石膏、方沸石、钾长石、斜长石、重晶石、石盐、黄铁矿和云母进行q型聚类。

需要说明的是，为了便于计算，分别对获取的每个泥页岩样品对应的总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量进行归一化整理。如图2所示，每个泥页岩样品都有其对应的归一化整理后的总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量。

基于k-means聚类方法对图2中的85个泥页岩样品进行q型聚类，最终聚类中心如图3所示，聚类结果分为6类，每一类的案例数如图4所示，聚类成员如图5所示。

具体地，如图3所示，将某地区x井取芯层段85个泥页岩样品一共分为6类，最终聚类中心有6个。将泥页岩划分为：高碳含硅质黏土质页岩、富碳含黏土质硅质页岩、富碳含硅质黏土质页岩、富碳含硅质黏土质灰质页岩、含碳含硅质黏土质页岩和高碳含黏土质硅质页岩。该命名规则为：“高碳”指总有机碳含量大于3.0％，“富碳”指总有机碳含量大于1.0％且小于3.0％，“含碳”指总有机碳含量小于1.0％；“硅质”指石英含量大于50％，“含硅质”指石英含量小于50％；“黏土质”指黏土含量大于40％，“含黏土”指黏土含量小于40％。

本实施例在对泥页岩分类之后，还包括步骤：根据聚类结果分析总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量之间的耦合关系，并挖掘总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量与沉积环境之间的内在联系。

高碳含硅质黏土质页岩的沉积环境为深水陆棚，高碳含硅质黏土质页岩受陆源物质输入的影响；富碳含黏土质硅质页岩的沉积环境为深水陆棚，富碳含黏土质硅质页岩中的石英主要为生物质成因；富碳含硅质黏土质页岩的沉积环境为深水陆棚，富碳含硅质黏土质页岩受陆源物质输入的影响；富碳含硅质黏土质灰质页岩的沉积环境为深水陆棚，富碳含硅质黏土质灰质页岩受碳酸盐岩台地的影响；含碳含硅质黏土质页岩的沉积环境为浅水陆棚，含碳含硅质黏土质页岩在沉积的过程中有大量的硅质和黏土的输入(这里大量的硅质和黏土为大于预设阈值的硅质和黏土)；高碳含黏土质硅质页岩的沉积环境为深水陆棚，高碳含黏土质硅质页岩中的部分硅质源于生物成因。

需要注意的是，本发明以某地区x井为例进行q型聚类得到六种泥页岩分类结果，仅用于指导本领域技术人员如何实施本发明。在具体实施中，采样的泥页岩样品不同，得到的泥页岩分类结果不同，每一种泥页岩所指示的沉积环境也不同。

下面对聚类中心点、六种矿物和有机碳以及指示的沉积环境进行说明，以进一步探索总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量之间的耦合关系，以及总有机碳含量、碳酸盐岩矿物的总含量以及各种非碳酸盐岩矿物的矿物的含量与沉积环境之间的内在联系。

第1聚类中心点有机碳含量次之，高含碳，toc达3.4％，富黏土(47.0％)，含硅质(23.9％)，含碳酸盐岩矿物(16.8％)，强还原环境(4.7％)，这类页岩的沉积环境为深水陆棚，这类页岩受陆源物质输入的影响。

第2、3、4类聚类中心点有机碳含量相差不大，但是根据矿物组成，它们分别代表不同的沉积环境。第2类，富碳，toc达2.7％，富硅质(63.1％)，含黏土(14.1％)，低含碳酸盐岩矿物(7.5％)，极强还原环境(8.0％)，推测硅质矿物主要可能为生物质成因。第3类，富含碳，toc达2.3％，含硅质(32.8％)，富含黏土(43.4％)，含碳酸盐岩矿物(11.6％)，强还原环境(4.6％)，推测沉积环境为深水陆棚，第3类页岩受陆源物质输入的影响。第4类，富含碳，toc达2.8％，含硅质(27％)，富黏土(34.9％)，富碳酸盐岩矿物(30.3％)，中等还原环境(3.7％)，推测沉积环境为深水陆棚，第4类页岩受碳酸盐岩台地的影响。

第5聚类中心点有机碳含量最低，含碳，toc为0.5％，富黏土(54.1％)，含硅质(34.4％)，贫碳酸盐岩矿物(2.9％)，弱还原环境(1.7％)，代表了浅水陆棚的沉积环境，在沉积的过程中有硅质和黏土的大量输入。

第6聚类中心点有机碳含量最高，高碳，toc达4.2％，富硅质(54.0％)，富黏土(30.9)，低含碳酸盐岩矿物(7.5％)，强还原环境(4.9％)，代表了深水陆棚的沉积环境，并且硅质少部分源于生物硅。

通过以上6类聚类中心点对比研究表明，有机碳含量最高的页岩具有低碳酸盐矿物含量，强还原环境，石英矿物和黏土矿物相对均衡，其沉积环境为深水陆棚，该泥页岩中的部分硅质源于生物成因。

图6为本发明实施例的泥页岩分类方法与常规的泥页岩分类方法的对比图。如图6所示，常规的泥页岩分类方法中将有矿物沉积有联系的页岩人为的分割开来。

综上所述，本发明提供的泥页岩分类方法能够科学地、客观地、定量地对泥页岩进行分类和研究，在考虑硅质矿物、黏土和碳酸盐岩矿物、黄铁矿、钾长石、斜长石等矿物的基础上，充分体现机质含量在泥页岩分类的地位，该分类能够充分体现各种矿物含量和有机质之间的耦合关系，从而可以充分挖掘矿物、有机质与沉积环境内在的联系，在页岩油气的勘探和开发中很有理论价值和实际意义。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。