陆相细粒沉积岩岩石相分析方法与流程

本发明涉及页岩气勘探开发技术领域，更具体地，涉及一种陆相细粒沉积岩岩石相分析方法。

背景技术：

细粒沉积岩(fine-grainedsedimentaryrock)是指由“细粒物质”组成的、粒径＜62μm的沉积岩，成分主要包含粘土矿物、粉砂、碳酸盐和有机质等(schieberandzimmerle,1998；aplinandmacquaker,2011；姜在兴等，2013)。其中页理发育的称为页岩，页理不发育的称为泥质岩(姜在兴等，2013)。细粒沉积岩是页岩气形成的物质基础，无论是国内还是国外，页岩气均产自于细粒沉积岩中。

我国在多旋回的构造演化与沉积过程中，发育了海相、陆相和海陆过渡相多套富有机质泥页岩层系，页岩气资源丰富。在全国页岩气可采资源量25.08×10¹²m³(据国土资源部油气战略研究中心，2012)中，陆相页岩气可采资源量7.92×10¹²m³，占31.6％，与海相页岩气可采资源量8.97×10¹²m³，占35.8％基本相当，主要分布在四川盆地上三叠统-下侏罗统、鄂尔多斯上三叠统等，具有富含有机质页岩发育层位多，分布范围广的特点。目前已经在四川盆地元坝、川西、涪陵、建南等地区及鄂尔多斯盆地延安地区多口井获得页岩气工业气流，揭示了我国陆相页岩气勘探开发前景广阔。由于陆相湖盆分布范围较海相规模小，受周缘构造活动影响大，导致陆相细粒沉积岩沉积相变快，岩性变化频繁，岩性组合类型多样(互层、夹层、厚层)，脆性矿物成分复杂，既有硅质又有钙质，有机质丰度较低，非均质性强的特点，与海相页岩沉积相分布广且稳定，岩性单一，以页岩为主，脆性矿物以有机硅为主，有机质丰度高相比存在着较大的差异。

关于细粒沉积岩岩石相的分析，最为接近的专利为cn201410246573.2提出的一种页岩层段岩石相分析方法。该专利主要是针对海相页岩层段进行岩石相分类，划分出的岩石相类型均为页岩相，并且在划分参数上仅考虑了单一岩性、有机质丰度和硅质单一脆性矿物类型，而对于具有的互层、夹层等多种类型的岩性组合，以及钙质作为脆性矿物对可压性的贡献均未考虑，因此该方法不适合于陆相细粒沉积岩岩石相的划分。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种陆相细粒沉积岩岩石相分析方法，其能够克服现有分析方法适用范围较窄的缺陷，能够精细评价陆相细粒沉积岩岩石相，进而确定对于地质和工程有利的岩石相。

本发明采用以下解决方案：

一种陆相细粒沉积岩岩石相分析方法，包括：

根据岩性或岩性组合方式、有机碳含量、硅质含量和钙质含量对岩石相进行分类，建立岩石相分类规则；

提取待分析细粒沉积岩的岩心，识别岩心中的岩性或岩性组合界面，并基于所述岩性或岩性组合界面、以及岩石相分类命名规则，确定所述待分析细粒沉积岩的岩石相类型；

分别确定每种类型的岩石相的特征参数，从而确定其中的有利岩石相，建立有利岩石相测井评价标准。

优选地，根据岩性或岩性组合方式对岩石相进行分类，所述岩性对应于层理类型，所述岩性组合方式为层理类型及纵向叠置关系的组合：

如果d<0.1cm，对应的层理类型为页理状，如果0.1cm≤d<1cm，对应的层理类型为纹层状，如果1cm≤d<10cm，对应的层理类型为薄层状，如果10cm≤d≤50cm，对应的层理类型为层状，如果d>50cm，对应的层理类型为块状，其中d表示层理厚度；

如果1cm≤d<10cm且满足1cm<h≤5cm，那么：如果0.1<q≤0.4，则对应的纵向叠置关系为夹层，对应的岩性组合方式为薄夹层，如果0.4<q≤0.5，则对应的纵向叠置关系为互层，对应的岩性组合方式为薄互层；

如果10cm≤d<50cm且满足5cm<h≤10cm，那么：如果0.1<q≤0.4，则对应的纵向叠置关系为夹层，对应的岩性组合方式也为夹层，如果0.4<q≤0.5，则对应的纵向叠置关系为互层，对应的岩性组合方式也为互层；

其中q表示细粒沉积岩岩性组合界面内夹杂层累计厚度∑h与岩性组合界面内总厚度h的比值，h表示细粒沉积岩岩性组合界面内夹杂层的单层厚度。

优选地，根据探井的岩性或岩性组合内有机碳含量与现场含气量解析投点图确定有机碳丰度，根据所述有机碳丰度对岩石相进行分类，其中，在所述投点图上，当2％<toc≤3％的点的频率大于20％时，有机碳丰度为高碳，对应于高碳岩石相，当1％<toc≤2％的点的频率大于30％时，有机碳丰度为中碳，对应中碳岩石相，当toc<1％的点的频率大于等于5％且小于等于20％时，有机碳丰度为低碳，对应于低碳岩石相，其中，toc表示有机碳含量。

优选地，根据岩性或岩性组合内硅质含量对岩石相进行分类：

当csi≥40％时，硅质丰度为高硅，对应于高硅岩石相；

当30％≤csi<40％时，硅质丰度为中硅，对应于中硅岩石相；

当csi<30％时，硅质丰度为低硅，对应于低硅岩石相；

其中，csi表示硅质含量。

优选地，根据岩性或岩性组合内钙质含量对岩石相进行分类：

当cca≥50％时，钙质丰度为高钙，对应于高钙岩石相；

当20％≤cca<50％时，钙质丰度为中钙，对应于中钙岩石相；

当cca<20％时，钙质丰度为低钙，对应于低钙岩石相；

其中，cca表示钙质含量。

优选地，所述分别确定每种类型的岩石相的特征参数，从而确定其中的有利岩石相，建立有利岩石相测井评价标准包括：

基于每种类型的岩石相的地质特征参数进行统计分析，根据统计分析结果设定地质评价标准，将地质特征参数高于所述地质评价标准的岩石相设定为地质有利岩石相；

基于每种类型的岩石相的工程特征参数进行统计分析，根据统计分析结果设定工程评价标准，将工程特征参数高于所述工程评价标准的岩石相设定为工程有利岩石相；

选择既被设定为地质有利岩石相又被设定为工程有利岩石相的岩石相作为所述有利岩石相，根据有利岩石相的测井解释特征参数，建立有利岩石相测井评价标准。

优选地，所述地质特征参数包括有机质丰度、孔隙度、总含气量的至少其中之一。

优选地，所述工程特征参数包括脆性矿物含量、岩石脆性指数的至少其中之一。

优选地，通过有机地化法测定所述有机质丰度，通过含气性测试测定所述总含气量。

优选地，通过全岩x-衍射矿物分析测定所述脆性矿物含量，通过岩石力学参数实验测定杨氏模量和泊松比，进而计算所述岩石脆性指数。

本发明的有益效果在于：针对陆相细粒沉积岩非均质性强、具有多种类型的岩性组合和钙质脆性矿物的特点，通过岩性或岩性组合方式、有机碳丰度、硅质丰度和钙质丰度对岩石相进行分类，建立岩石相分类规则，使其能够适用于陆相细粒沉积岩。将岩石相分类结果与测井解释成果相结合，进行测井特征参数标定，能够达到快速优选勘探开发水平井目的层轨迹、优化水平井压裂选段、提高单井产量的目的。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的陆相细粒沉积岩岩石相分析方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的陆相细粒沉积岩岩石相分析方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据岩性或岩性组合方式、有机碳含量、硅质含量和钙质含量对岩石相进行分类，建立岩石相分类规则；

步骤2：提取待分析细粒沉积岩的岩心，识别岩心中的岩性或岩性组合界面，并基于岩性或岩性组合界面、以及岩石相分类命名规则，确定待分析细粒沉积岩的岩石相类型；

步骤3：分别确定每种类型的岩石相的特征参数，从而确定其中的有利岩石相。

在步骤1中，根据岩性或岩性组合方式、有机碳含量、硅质含量和钙质含量对岩石相进行分类，建立岩石相分类规则，具体方法如下：

(1)岩性或岩性组合方式

在识别岩心中的岩性或岩性组合界面的基础上，根据岩性或岩性组合方式对岩石相进行分类，其中岩性对应于层理类型，岩性组合方式为层理类型和纵向叠置关系的组合：

如果d<0.1cm，对应的层理类型为页理状，如果0.1cm≤d<1cm，对应的层理类型为纹层状，如果1cm≤d<10cm，对应的层理类型为薄层状，如果10cm≤d≤50cm，对应的层理类型为层状，如果d>50cm，对应的层理类型为块状，其中d表示层理厚度；

如果d<0.1cm、0.1cm≤d<1cm或者d>50cm，在岩性界面内为一种岩性，则以岩性划分岩石相类型，如前所述，上述三种情况对应的岩性分别为页理状、纹层状、块状；

如果1cm≤d<10cm且满足1cm<h≤5cm，那么：如果0.1<q≤0.4，则对应的纵向叠置关系为夹层，对应的岩性组合方式为薄夹层，如果0.4<q≤0.5，则对应的纵向叠置关系为互层，对应的岩性组合方式为薄互层；

如果10cm≤d<50cm且满足5cm<h≤10cm，那么：如果0.1<q≤0.4，则对应的纵向叠置关系为夹层，对应的岩性组合方式也为夹层，如果0.4<q≤0.5，则对应的纵向叠置关系为互层，对应的岩性组合方式也为互层；

其中q表示细粒沉积岩岩性组合界面内夹杂层累计厚度∑h与岩性组合界面内总厚度h的比值，h表示细粒沉积岩岩性组合界面内夹杂层的单层厚度。

根据岩性组合方式划分的岩石相类型包括薄互层、薄夹层、互层、夹层。对于页理状、纹层状、块状的层理类型，根据岩性划分岩石相，认为其不存在岩性组合。表1显示了细粒沉积岩的岩性和岩性组合方式。

表1细粒沉积岩岩性和岩性组合方式表

(2)有机碳含量

有机碳含量是泥页岩生烃潜力的关键指标，与含气性密切相关，为开发提供依据。有机碳含量(toc)可通过泥页岩有机地化实验测得。有机碳含量1％、2％、3％分级界限值根据探井的岩性或岩性组合内toc含量与现场含气量解析投点图来确定。在投点图上：

如果2％<toc≤3％的点的频率大于20％，对应的含气量≥1.5m³/t，属好级，有机碳丰度为高碳，对应于高碳岩石相；

如果1％<toc≤2％的点的频率大于30％，对应的含气量≥1.0m³/t，属中等，有机碳丰度为中碳，对应中碳岩石相；

如果toc<1％的点的频率大于等于5％且小于等于20％，对应的含气量＜0.5m³/t，属差级，有机碳丰度为低碳，对应于低碳岩石相。

在野外或未获得toc测试数据时，也可用染手强烈程度等定性方法确定有机碳含量。

在本发明实施例中，以岩性或岩性组合为研究单元，将岩性或岩性组合内的有机碳含量作为岩石相分类规则之一，从而特别适于对陆相细粒沉积岩岩石相分类。对于下述的脆性矿物含量也是如此，不再赘述。

(3)脆性矿物含量

硅质和钙质作为泥页岩矿物组成中脆性矿物的主体，其含量多少与压裂工程密切相关，为开发水平井的压裂提供依据。根据岩性或岩性组合内不同硅质和钙质含量的岩石脆性指数与可压性的关系(脆性指数≥0.6，可压裂性较好；脆性指数0.6-0.4，可压裂性中等，脆性指数＜0.4，可压裂性差)，可通过不同岩石脆性指数的测定，建立岩石脆性指数与硅质和钙质含量的关系，对岩石可压性进行评价。岩石硅质和钙质含量可通过全岩x-衍射矿物分析实验得到，岩石脆性指数(bi)可通过岩石力学参数实验测定的杨氏模量和泊松比计算得到。通过分别统计不同类型细粒沉积岩硅质和钙质含量与脆性指数关系，得到硅质和钙质含量的分级界限。

弹性参数脆性指数：

bi：脆性指数；e:杨氏模量；σ：泊松比

硅质含量与脆性矿物密切相关。由于硅质在泥页岩层系中含量差异对应的岩性不同，因此其脆性指数也存在着差异，通过典型井的含硅质的不同岩性脆性指数统计，确定了硅质含量csi的界限值为30％、40％。

当csi≥40％时，硅质丰度为高硅，对应的岩性主要为有机硅成因的硅质页岩，脆性指数≥0.6，可压裂性属于好级，对应于高硅岩石相；

当30％≤csi<40％时，硅质丰度为中硅，对应的岩性主要为有机硅、碎屑硅混合成因的含粉砂质页岩，脆性指数在0.6-0.4，可压裂性属于中等，对应于中硅岩石相；

当csi<30％时，硅质丰度为低硅，对应的岩性主要为碎屑硅成因的粉砂岩、粉砂质泥岩，脆性指数＜0.4，可压裂性属于差级，对应于低硅岩石相。

钙质含量也与脆性矿物密切相关。由于钙质在陆相层系的岩性组合的方式不同，具有厚层、互层和夹层的特点，通过典型井的不同岩性组合方式钙质含量分布图与脆性指数关系统计，确定了钙质含量ccai的界限值为20％、50％。

当cca≥50％时，钙质丰度为高钙，对应的岩性为厚层(颗粒)灰岩，脆性指数≥0.6，可压裂性属于好级，对应于高钙岩石相；

当20％≤cca<50％时，钙质丰度为中钙，对应的岩性为页岩与灰岩互层组合，脆性指数在0.6-0.4，可压裂性属于中等，对应于中钙岩石相；

当cca<20％时，钙质丰度为低钙，对应的岩性为页岩夹薄层灰岩，脆性指数＜0.4，可压裂性属于差级，对应于低钙岩石相。

按照以上的分类规则对岩石相进行分类，则岩石相可以表示为岩性或岩性组合+有机碳丰度+硅质丰度+钙质丰度的形式。在实际应用时，还可以为岩石相附加矿物成分信息。

在步骤2中，具体地，针对待分析细粒沉积岩，提取其岩心，识别岩心中的岩性界面，通过全岩x-衍射矿物分析实验确定岩石矿物组成，然后根据其岩性或岩性组合方式、有机碳含量、硅质含量和钙质含量，按照步骤1所述的分类规则进行分类，确定其对应的岩石相。

在步骤3中，具体地，在分析细粒沉积岩岩石相的基础上，通过对细粒沉积岩不同岩石相类型的地质、工程参数的统计分析，确立具有地质和工程“双甜点”细粒沉积岩的岩石相类型，并将其与测井解释成果相互结合，进行测井特征参数标定，将岩石相分析结果应用到勘探开发过程中的地质评价与压裂工程实践中，达到优选勘探开发水平井目的层轨迹、优化水平井压裂选段、提高单井产量的目的。步骤3可包括以下步骤：

步骤31：地质评价：基于每种类型的岩石相的地质特征参数进行统计分析，根据统计分析结果设定地质评价标准，将地质特征参数高于地质评价标准的岩石相设定为地质有利岩石相；

具体地，针对细粒沉积岩不同的岩石相类型，采用有机地化、微观储渗实验、含气性测试以及纳米ct等方法技术，对不同细粒沉积岩岩石相类型的生烃条件(有机质丰度)、储集性(孔隙度)、含气量等地质特征参数进行统计分析，编制不同岩石相类型有机质丰度、孔隙度、含气量地质特征参数直方图。通过地质特征参数直方图可以确定地质评价标准，高于该标准的岩石相类型可视为地质有利岩石相，从而可以优选有利于地质“甜点”的岩石相类型。例如，通过对一组岩石相的地质特征参数进行统计分析，得到陆相细粒沉积岩岩石相地质评价标准：toc＞1.5％，孔隙度＞3％，总含气量＞2m³/t，高于该标准的岩石相类型可视为有利岩石相。

步骤32：工程评价：基于每种类型的岩石相的工程特征参数进行统计分析，根据统计分析结果设定工程评价标准，将工程特征参数高于所述工程评价标准的岩石相设定为工程有利岩石相；

具体地，针对细粒沉积岩不同的岩石相类型，采用全岩x-衍射矿物、岩石力学参数实验测定杨氏模量和泊松比等方法技术，对不同细粒沉积岩岩石相类型进行脆性矿物组成(硅质、钙质)及含量和基于岩石力学参数(杨氏模量、泊松比)计算的岩石脆性指数(bi弹性)的可压裂性工程特征参数统计分析，编制不同岩石相类型脆性矿物(硅质+钙质)含量和岩石脆性指数bi弹性直方图，通过工程特征参数直方图可以确定工程评价标准，高于该标准的岩石相类型可视为工程有利岩石相，从而可以优选有利于工程“甜点”的岩石相类型。例如，通过对一组岩石相的工程特征参数进行统计分析，得到陆相细粒沉积岩岩石相工程评价标准：脆性矿物(硅质+钙质)含量＞50％，bi弹性＞60％，高于该标准的岩石相类型可视为有利岩石相。

步骤33：地质、工程“双甜点”的测井综合评价：选择既被设定为地质有利岩石相又被设定为工程有利岩石相的岩石相作为所述有利岩石相，根据有利岩石相的测井解释特征参数，建立有利岩石相测井评价标准；

综合细粒沉积岩有利岩石相类型地质评价和工程评价，确立细粒沉积岩地质和工程“双甜点”的有利岩石相类型评价标准为：toc＞1.5％，孔隙度＞3％，总含气量＞2m³/t，脆性矿物(硅质+钙质)含量＞50％，bi弹性＞60％。在细粒沉积岩不同岩石相测井识别的基础上，根据细粒沉积岩地质和工程“双甜点”的有利岩石相，优选gr、den、rd等测井系列解释的特征参数，建立有利岩石相的gr、den、rd等特征参数的测井评价标准：相对高自然伽马(gr62～75api)、高中子孔隙度(cnl15％～25％)、低电阻率(rd19～128ohm*m)等。据此快速优选勘探开发水平井目的层轨迹，优化水平井压裂选段，提出勘探开发地质和工程建议。

实施例

本发明实施例针对四川盆地xl101等多口井中下侏罗统以陆相细粒沉积岩进行岩石相分析，分析方法包括以下步骤：

步骤1：提取细粒沉积岩的岩心，识别岩心中的岩性或岩性组合界面

提取中下侏罗统细粒沉积岩取芯井的岩心，对其进行精细描述，对不同岩性之间的突变、渐变等的岩性或岩性组合界面进行识别。

步骤2：基于岩性或岩性组合界面，确定岩性或岩性组合方式

首先，依据岩性或岩性组合界面层理厚度d的差异，按照岩石相分类规则，确定细粒沉积岩的岩性或岩性组合。在d<0.1cm、0.1cm≤d<1cm和d>50cm的单一岩性界面内，岩性分别为页岩、纹层状粉砂质泥岩、块状介屑灰岩和块状粉砂岩。

在1cm≤d<50cm两种岩性组合界面内，岩性组合方式包括：页岩夹(薄层)灰岩(灰岩夹层厚度/总厚度比值分布在0.1-0.18)、页岩与介屑灰岩(薄)互层(灰岩夹层厚度/总厚度比值分布在0.48-0.42)、泥岩夹(薄层)粉砂岩(粉砂岩夹层厚度/总厚度比值分布在0.1-0.25)、泥岩与粉砂岩(薄)互层(粉砂岩夹层厚度/总厚度比值分布在0.4-0.45)。

步骤3：确定细粒沉积岩的有机碳含量，根据有机碳含量判断细粒沉积岩的有机碳丰度。

通过岩心样品的有机地化实验测得toc值，页岩、页岩夹(薄层)灰岩toc介于2％-3％之间，平均值为2.2％，为高碳；页岩与介屑灰岩(薄)互层toc介于1％-2％之间，平均值为1.4％，为中碳；厚层介屑灰岩、泥岩夹(薄层)粉砂岩、泥岩与粉砂岩(薄)互层、厚层粉砂岩toc均＜1％，平均值分别为0.85％、0.8％、0.9％、0.5％，为低碳。

步骤4：分别确定细粒沉积岩的硅质含量和钙质含量，并分别根据硅质含量和钙质含量判断细粒沉积岩的硅质丰度和钙质丰度。

通过细粒沉积岩岩心样品的x-衍射全岩矿物成分测试数据，确定硅质含量和钙质含量。其中，页岩夹灰岩、页岩与介屑灰岩薄互层和厚层介屑灰岩主要以钙质为主，钙质含量分别平均为14％、36％、79％，按钙质分级分别为低钙、中钙和高钙，硅质含量较低，分别平均为27％、25％、7％，按硅质分级均为低硅；泥岩夹粉砂岩、泥岩与粉砂岩互层、厚层粉砂岩脆性矿物主要以硅质为主，硅质含量分别平均为28％、35％、49％，硅质分级分别为低硅、中硅和高硅，钙质含量较低，分别平均为5％、7％、5％，按钙质分级均为低钙。

步骤5：根据岩性或岩性组合方式、有机碳丰度、硅质丰度和钙质丰度，确定细粒沉积岩的岩石相。

可以确定四川盆地中下侏罗统陆相细粒沉积岩岩石相包括：高碳低硅低钙页岩夹灰岩相、中碳低硅中钙页岩与介屑灰岩薄互层相、低碳低硅高钙厚层介屑灰岩相、低碳低硅低钙泥岩夹粉砂岩相、低碳中硅低钙砂泥互层相、低碳高硅低钙粉厚层粉砂岩相。

步骤6：分别测量每种类型岩石相的有机质丰度、孔隙度、总含气量、脆性矿物含量、岩石脆性指数。

步骤7：确定细粒沉积岩地质和工程“双甜点”的有利岩石相类型评价标准。地质评价标准为：toc＞1.5％，孔隙度＞3％，总含气量＞2m³/t，工程评价标准为：脆性矿物(硅质+钙质)含量＞50％，bi弹性＞60％，根据步骤6中测量结果，从步骤5所确定的岩石相中确定满足上述标准的中碳低硅中钙页岩与介屑灰岩薄互层相，较有利岩石相类型为高碳低硅低钙页岩夹灰岩相。

步骤8：根据步骤7中地质和工程“双甜点”的有利岩石相类型，优选gr、den、rd等测井系列解释的特征参数，建立有利岩石相类型测井评价标准：相对高自然伽马(gr62～75api)、高中子孔隙度(cnl15％～25％)、低电阻率(rd19～128ohm*m)等。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。