基于岩石物理分析的粘土矿物类型及含量识别方法和系统与流程

本发明属于地球物理研究领域，本发明涉及x-射线衍射分析、交会分析和敏感性分析，更具体地，涉及一种基于岩石物理分析的粘土矿物类型及含量识别方法和系统。

背景技术：

粘土矿物是含水层状硅酸盐和含水非晶质硅酸盐矿物的总称。粘土矿物在沉积岩中分布非常广泛，在沉积岩石学、石油地质学以及油气勘探开发中的应用越来越广泛，与油气勘探开发的各个环节都有着十分密切的关系。储层中含有大量粘土矿物是造成储层物性差的重要因素之一，粘土矿物类型及含量的差异对储层的物性、敏感性、润湿性等影响很大。

x射线衍射方法是一种基于岩石样品的最主要、最广泛的粘土矿物研究方法。杨雅秀等(1994)以大量丰富的数据和资料介绍了粘土矿物的x射线定量实验结果。吴乾荣等(1994)总结了粘土矿物的x射线衍射物相分析经验。孙建孟等(1999)由钾-钍交会图可以识别出不同井段上粘土矿物组合类型的变化规律，采用分段统计建模和预测的方法以及多元线性逐步回归分析法，建立了粘土矿物类型及含量计算模型。而地震识别和评价粘土矿物的类型及含量却鲜有报道，该方面的研究几乎还是空白。

目前国内外利用地震资料来识别粘土矿物类型及含量的报道很少，地震方面的研究非常薄弱，还没有成熟有效的方法。因此，有必要对地震预测粘土矿物类型及含量的方法作进一步的研究。

技术实现要素：

本发明对地震预测粘土矿物类型及含量的方法作进一步的研究，通过利用地震资料来识别粘土矿物类型及含量需要充分运用各种地震反演获得的弹性参数，找出粘土矿物类型及含量与弹性参数之间的关系，从而对其进行识别和评价。

根据本发明的一个方面，提供一种基于岩石物理分析的粘土矿物类型及含量识别方法，该方法包括：

统计分析岩心样品中粘土矿物类型及含量；

对所述岩心样品进行弹性参数超声测试；

基于粘土矿物类型及含量分析结果和弹性参数超声测试结果进行交会分析；

构建衡量岩石物理参数对粘土矿物类型及含量的敏感程度的敏感指示因子。

进一步地，进行粘土矿物类型及含量的实验室分析，结合薄片鉴定和粘土矿物相对含量x射线衍射数据，统计分析岩心样品中粘土矿物类型及含量。

进一步地，采用脉冲传输法对所述岩心样品进行弹性参数超声测试，测量脉冲从所述岩心样品的一端到另外一端的旅行时，用下列公式计算：

其中，v是纵波速度或横波速度，l是已经经过压力和温度校正的岩心样品的长度，△t是岩心样品中的旅行时。

进一步地，通过所述交会分析，研究不同粘土矿物类型及含量引起的弹性参数变化。

进一步地，利用所述敏感指示因子定量表征不同粘土矿物类型及含量时地震属性相对变化的差异。

进一步地，对于两种粘土矿物组成的系统，以饱含伊利石矿物的岩心样品作为标尺，定义敏感性指示因子ff：

其中：ait为饱含伊利石矿物的岩石物理参数均值；ais为饱含伊蒙混层矿物的岩石物理参数均值；δit为饱含伊利石矿物的岩石物理参数标准偏差。

进一步地，ff的绝对值越大，粘土矿物类型及含量引起该参数的差异越大，敏感性越大。

根据本发明另一方面，提供一种基于岩石物理分析的粘土矿物类型及含量识别系统，该系统包括：

存储器，存储有计算机可执行指令；

处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：

统计分析岩心样品中粘土矿物类型及含量；

对所述岩心样品进行弹性参数超声测试；

基于粘土矿物类型及含量分析结果和弹性参数超声测试结果进行交会分析；

构建衡量岩石物理参数对粘土矿物类型及含量的敏感程度的敏感指示因子。

本发明的方法通过构建敏感指示因子来定量表征不同粘土矿物类型及含量时地震属性相对变化的差异，优选出敏感弹性参数。为利用地球物理方法进行粘土矿物类型及含量预测提供了理论基础。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本发明的基于岩石物理分析的粘土矿物类型及含量识别方法的流程图。

图2示出了粘土矿物的三元图，其中chlorite表示绿泥石，illite表示伊利石，illite/smectite表示伊/蒙混层

图3(a)和3(b)分别示出了不同伊蒙混层含量下的弹性参数交会图。

图4示出了弹性参数识别矿物的性能比较。

图5(a)和5(b)分别示出了伊蒙混层含量与弹性参数交会图。

具体实施方式

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

粘土矿物在沉积岩中分布非常广泛，粘土矿物类型及含量的差异对储层的物性、敏感性、润湿性等影响很大。目前国内外利用地震资料来识别粘土矿物类型及含量的报道很少，地震方面的研究非常薄弱，还没有成熟有效的方法。本发明从实验室实测样品的粘土矿物类型及含量出发，结合弹性参数测试数据，构建敏感指示因子来定量表征不同粘土矿物类型及含量时地震属性相对变化的差异，进而优选敏感弹性参数。这为利用地球物理方法进行粘土矿物类型及含量预测提供了理论基础。

本发明提供了一种基于岩石物理分析的粘土矿物类型及含量识别方法。从实验室实测样品的粘土矿物类型及含量出发，结合弹性参数测试数据，将含有不同粘土矿物类型及含量的样品的弹性参数进行交会分析，研究不同粘土矿物类型及含量引起的弹性参数变化，并构建敏感指示因子来定量表征不同粘土矿物类型及含量时地震属性相对变化的差异。

如图1所示，本发明提供一种基于岩石物理分析的粘土矿物类型及含量识别方法，该方法包括：

统计分析岩心样品中粘土矿物类型及含量；

对所述岩心样品进行弹性参数超声测试；

基于粘土矿物类型及含量分析结果和弹性参数超声测试结果进行交会分析；

构建衡量岩石物理参数对粘土矿物类型及含量的敏感程度的敏感指示因子。

具体地，本发明的方法包含如下步骤：

首先，对粘土矿物类型及含量进行实验室分析。通过结合薄片鉴定和粘土矿物相对含量x射线衍射数据，统计分析岩心样品中粘土矿物类型及含量。

接下来，进行弹性参数超声测试。可选地，岩石弹性参数超声测试样品为直径25mm、长度50mm和直径50mm、长度80-100mm的圆柱二种规格。根据要求，将岩心样品加工制备成实验所需的样品尺寸。对制备好的岩心样品开展弹性参数超声测试。

优选地，超声测试采用脉冲传输法，测量脉冲从样品的一端到另外一端的旅行时，用下列公式计算：

式中，v是纵波速度或横波速度，l是已经经过压力和温度校正的样品长度，△t是样品中的旅行时。

接下来，进行交会分析。基于粘土矿物类型及含量测量和弹性参数超声测试结果，研究粘土矿物类型及含量对弹性参数(例如，密度、速度、vp/vs等)的影响及其响应机理。将弹性参数进行交会分析，研究不同粘土矿物类型及含量引起的弹性参数变化。

最后，构建敏感指示因子。为了量化不同岩石物理参数对粘土矿物类型及含量的敏感程度，构建衡量敏感性的指示因子。利用敏感指示因子来定量表征不同粘土矿物类型及含量时地震属性相对变化的差异。对于两种粘土矿物组成的系统，以饱含伊利石矿物的样品作为标尺，定义敏感指示因子：

其中：ait为饱含伊利石矿物的岩石物理参数均值；ais为饱含伊蒙混层矿物的岩石物理参数均值；δit为饱含伊利石矿物的岩石物理参数标准偏差。

ff的绝对值越大，粘土矿物类型及含量引起该参数的差异越大，就认为敏感性越大。

根据本发明另一实施方式，提供一种基于岩石物理分析的粘土矿物类型及含量识别系统，该系统包括：

存储器，存储有计算机可执行指令；

处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：

统计分析岩心样品中粘土矿物类型及含量；

对所述岩心样品进行弹性参数超声测试；

基于粘土矿物类型及含量分析结果和弹性参数超声测试结果进行交会分析；

构建衡量岩石物理参数对粘土矿物类型及含量的敏感程度的敏感指示因子。

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

将该方法应用于实际的页岩工区。对于采集的页岩岩心样品，结合薄片鉴定和粘土矿物相对含量x射线衍射数据，统计分析了粘土中矿物的分布情况，并将粘土矿物绘制于三元图中(如图2所示)。通过测试分析，发现：粘土矿物主要为伊利石，伊/蒙混层和绿泥石。其中伊利石相对含量13％-68％，平均39.83％，伊/蒙混层相对含量25-85％，平均54.02％，绿泥石相对含量1-20％，平均6.15％。

对工区的岩心样品开展弹性参数超声测试，获得纵波速度、横波速度。利用测试获得的速度和密度来估算样品的弹性参数，如纵波阻抗、纵横波速度比、杨氏模量和泊松比等。图3给出了不同伊蒙混层含量(色标)的弹性参数交会图。将纵波阻抗和纵横波速度比交会、杨氏模量和泊松比交会发现，均不能很好地识别出伊蒙混层。

在此基础上构建敏感指示因子反映识别矿物的性能，以便来优选敏感弹性参数。图4以直方图的形式来表示目的层的纵横波阻抗、纵横波速度比等弹性参数对饱含伊利石矿物和饱含伊蒙混层矿物的相对变化所产生的差异，从图4中可以看到纵波阻抗几乎没有矿物区分能力，k、g有一定的矿物识别能力，但没有纵横波速度比、泊松比(pr)的识别效果好。

将伊蒙混层含量和纵横波速度比交会、伊蒙混层含量和泊松比交会发现(如图5所示)，泊松比和纵横波速度比与伊蒙混层矿物含量具有很好的相关性，并且随着伊蒙混层矿物含量的增加，泊松比和纵横波速度比均呈减小的趋势。

以上已经描述了本公开的各实施例，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。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。