激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的方法和装置与流程

本发明属于有机地球化学技术领域，涉及一种激光共聚焦三维重构激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的方法和装置。

背景技术

激光共聚焦三维重构技术在地质学上早已广泛应用，其在油气包裹体分析、储层孔喉特征分析、微体古生物学研究及油气在储层中的分布特征研究等方面均发挥了重要作用。然而，对烃源岩详细的室内分析手段，目前主要是地球化学分析，通过一系列化学处理，得出有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度等参数。

目前，以激光共聚焦三维重构法对烃源岩内的有机质进行三维重构，根据空间形态定性分类，并进一步定量计算其内包含的有机质百分含量，与实际地球化学分析数据进行相关性分析与对比，得出不用化学方法就可以计算烃源岩内有机质体积百分比含量的方法，目前还没有涉及。

技术实现要素：

基于现有技术中化学方法计算烃源岩内有机质含量的缺陷，本发明的目的在于提供一种激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的方法；本发明的目的还在于提供一种激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的装置。通过采用激光共聚焦三维重构法不但可以建立烃源岩中有机质的三维空间分布形态，反映其组成类型及特征，也可以定量计算页岩中有机质含量，以便部分储层实验室在没有地化实验设备情况下，利用激光共聚焦显微镜来初步评价烃源岩的类型与优劣，进而有针对性的选取不同类型的烃源岩，送往地化实验室进行详细的地化分析。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一方面，本发明提供一种激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的方法，其包括以下步骤：

选取具有区域代表性的烃源岩样品；

将烃源岩样品磨制成激光共聚焦片；

利用激光共聚焦显微镜于激光扫描模式下对激光共聚焦片进行光学切片获得多层激光切片体；

利用莱卡三维重构软件对多层激光切片体进行纳米级三维空间建模；

根据建立的模型对有机质的单体形态、组合形态、空间占比及分布特征进行数据体分析和规律统计获取烃源岩内有机质体积百分比含量，从而得出烃源岩样品中的有机质含量；

对有机质含量进行地质规律分析或相关性分析，评价烃源岩的类型与优劣。

上述的方法中，优选地，选取具有区域代表性的烃源岩样品的标准为：

通过颜色深浅判断烃源岩的有机质丰度，颜色越黑，有机质含量越高，以此标准选取有区域代表性的烃源岩样品。

上述的方法中，优选地，将烃源岩样品磨制成激光共聚焦片的方法为：

将烃源岩样品磨制成厚度为1mm，面积为3cm×(2-3)cm的薄片。

上述的方法中，优选地，利用激光共聚焦显微镜于激光扫描模式下对激光共聚焦片进行光学切片获得多层激光切片体的方法为：

以步长为1.33um，分辨率在100hz或400hz的条件下进行光片扫描，得到步数在100-300，体积在150-500um³的多层激光切片体。

上述的方法中，优选地，利用莱卡三维重构软件对多层激光切片体进行纳米级三维空间建模的步骤为：

步骤一，将制好的目标体多层激光切片体放入载物台，选择激光立体光片扫描模式；

步骤二，通过调整z轴，将光片中目标体调整到激光反射最强状态，此时目标体边界形态最明显，记录此时z轴位置；

步骤三，分别将z轴向上或向下进行移动，在目标体范围逐渐缩小至消失时，分别记录z轴位置，保存结果，此时得到lif文件；

步骤四，首先点击“view”、在“project”中选择要处理的三维数据体，然后点击“3d”按钮，进入三维重构模式；

步骤五，分别勾选“drawframe”、“axis”、“scalebar”，得到初步的三维立体显示图像；

步骤六，分别调整“opacity”、“minimum”、“maximum”、“gamma”的参数值，使目标体形态清晰、完整，获得构建的模型。

上述的方法中，优选地，根据建立的模型对有机质的单体形态、组合形态、空间占比及分布特征进行数据体分析和规律统计的步骤为：

基于莱卡三维重构软件构建的模型，于莱卡三维重构软件中点击“analysis”按钮，依次进行“processingsequence”面板中的如下操作：

“selectimagestomeasure”，选择图像系列中最清晰的图层；

“imageprocessingpre-fitle”选择合适的滤波器，将图像调节到最清晰状态；

“adjustthreshold”，找到合适的图像轮廓；

“binaryprocessingpre-filter”，对图像进行“填洞”操作；

“binaryimageediting”，进行目标体大小测量；

“measureframe”，调整测量的范围或分辨率；

“measuremene”，设定按哪种空间类型进行显示及分类；

“classification”，选择分类数学方法；

“histogram”，形成的直方图编辑；

“creatreport”，按分类结果，获取包括烃源岩样品中的有机质含量在内的详细的数据统计报告。

上述的方法中，优选地，按照空间类型将烃源岩分为富集型、贫富过渡型、贫烃型和裂缝型四种类型的烃源岩。

上述的方法中，优选地，对有机质含量进行地质规律分析或相关性分析，评价烃源岩的类型与优劣的方法为：

对数据体分析的有机质含量进行单井或平面投点，根据地质背景信息判定数据结果是否符合地质规律，或者与地化分析的样品点进行相关性分析，从而验证数据的合理性，进而通过评价获取具有针对性的烃源岩的形态及对应的有机质含量。

另一方面，本发明还提供一种激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的装置，包括：

样品选取模块，用于选取具有区域代表性的烃源岩样品；

激光共聚焦片制备模块，用于将烃源岩样品磨制成激光共聚焦片；

多层激光切片体制备模块，用于利用激光共聚焦显微镜于激光扫描模式下对激光共聚焦片进行光学切片获得多层激光切片体；

三维空间建模模块，用于利用莱卡三维重构软件对多层激光切片体进行纳米级三维空间建模；

数据分析获取模块，用于根据建立的模型对有机质的单体形态、组合形态、空间占比及分布特征进行数据体分析和规律统计获取烃源岩内有机质体积百分比含量，从而得出烃源岩样品中的有机质含量；

烃源岩的类型与优劣评价模块，用于对有机质含量进行地质规律分析或相关性分析，评价烃源岩的类型与优劣。

在一方面，本发明还提供一种激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的装置，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现：

选取具有区域代表性的烃源岩样品；

将烃源岩样品磨制成激光共聚焦片；

利用激光共聚焦显微镜于激光扫描模式下对激光共聚焦片进行光学切片获得多层激光切片体；

利用莱卡三维重构软件对多层激光切片体进行纳米级三维空间建模；

根据建立的模型对有机质的单体形态、组合形态、空间占比及分布特征进行数据体分析和规律统计获取烃源岩内有机质体积百分比含量，从而得出烃源岩样品中的有机质含量；

对有机质含量进行地质规律分析或相关性分析，评价烃源岩的类型与优劣。

发明人创新性发现通过激光共聚焦三维重构法可以精细刻画页岩中有机质的三维空间分布并依据有机质大小分类显示，进而计算不同大小及总的有机质所占空间比例。首次将有机地化分析与激光共聚焦三维重构分析结果进行对比与拟合，得出二者具有较高相关性的结论，从而形成了一种在没有地化实验设备的情况下，利用激光共聚焦显微镜定量评价烃源岩的方法。

本发明通过采用激光共聚焦三维重构法不但可以建立烃源岩中有机质的三维空间分布形态，反映其组成类型及特征，也可以定量计算页岩中相对有机质含量，以便部分储层实验室在没有地化实验设备情况下，利用激光共聚焦显微镜来初步评价烃源岩的类型与优劣，进而有针对性的选取不同类型的烃源岩，送往地化实验室进行详细的地化分析。采用本发明的方法和装置能够较好的反应烃源岩内有机质含量及可溶烃与热解烃的含量，对烃源岩的性质评价具有重要参考价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的方法的流程图；

图2为本发明实施例中鄂尔多斯盆地延长组长7段页岩内有机质颗粒微观观测图，图2中的a-c为环境扫描电镜下的单体有机质颗粒，图2中的d为有机质颗粒的集合体；

图3为本发明实施例中鄂尔多斯盆地延长组长7段页岩内有机质的三维空间重构形态及不同体积有机质颗粒的统计规律、总体积占比等数据分析结果；

图4为本发明实施例中烃源岩激光共聚焦三维重构分类图；

图5为本发明实施例中烃源岩激光共聚焦三维重构分类与有机质含量关系图；

图6为本发明实施例中激光共聚焦三维重构“富集型”有机质含量与地化分析结果相关性分析图；

图7为本发明实施例中激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的装置的结构框图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

本实施例提供一种激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的方法，如图1流程图所示，包括以下步骤：

s101：选取具有区域代表性的烃源岩样品。

选取具有区域代表性的烃源岩样品的标准为：通过颜色深浅判断烃源岩的有机质丰度，颜色越黑，有机质含量越高；以此标准选取有区域代表性的烃源岩样品，要保证样品新鲜、深度准确，重量大概10克左右。

s102：将烃源岩样品磨制成激光共聚焦片。

将烃源岩样品按实验室激光共聚焦片的要求做成厚度在1mm左右，面积为3×2cm或3×3cm的薄片。

s103：利用激光共聚焦显微镜于激光扫描模式下对激光共聚焦片进行光学切片获得多层激光切片体。

以步长为1.33um，分辨率在100hz或400hz的条件下进行光片扫描，得到步数在100-300，体积在150-500um³的多层激光切片体。

s104：利用莱卡三维重构软件对多层激光切片体进行纳米级三维空间建模。

应用莱卡自带的sp8扫描切片三维重构系统，具体为：

步骤一，将制好的目标体多层激光切片体放入载物台，选择激光立体光片扫描模式；

步骤二，通过调整z轴，将光片中目标体调整到激光反射最强状态，此时目标体边界形态最明显，记录此时z轴位置；

步骤三，分别将z轴向上或向下进行移动，在目标体范围逐渐缩小至消失时，分别记录z轴位置，保存结果，此时得到lif文件；

步骤四，首先点击“view”、在“project”中选择要处理的三维数据体，然后点击“3d”按钮，进入三维重构模式；

步骤五，分别勾选“drawframe”、“axis”、“scalebar”，得到初步的三维立体显示图像；

步骤六，分别调整“opacity”、“minimum”、“maximum”、“gamma”的参数值，使目标体形态清晰、完整，获得构建的模型(主要参考荧光反射最强的目标体)。

s105：根据建立的模型对有机质的单体形态、组合形态、空间占比及分布特征进行数据体分析和规律统计获取烃源岩内有机质体积百分比含量，从而得出烃源岩样品中的有机质含量。

基于莱卡三维重构软件构建的模型，于莱卡三维重构软件中点击“analysis(分析)”按钮，依次进行“processingsequence(处理顺序)”面板中的如下操作：

a、“selectimagestomeasure(选择需要测量的图像)”，选择图像系列中最清晰的图层；

b、“imageprocessingpre-fitle(图像预处理滤波器)”选择合适的滤波器，将图像调节到最清晰状态；

c、“adjustthreshold(调整阈值)”，找到合适的图像轮廓；

d、“binaryprocessingpre-filter(二进制处理预滤波器)”，对图像进行“填洞”等操作；

e、“binaryimageediting(编辑图像)”，进行目标体大小测量等；

f、“measureframe(测量框架)”，调整测量的范围或分辨率；

g、“measuremene(测量阶段)”，设定按哪种空间类型进行显示及分类；

h、“classification(分类)”，选择分类数学方法，如聚类法等；

i、“histogram(直方图)”，形成的直方图编辑；

j、“creatreport(创建报告)”，按分类结果，形成包括目标体占总测试体积的体积率，进而获取包括烃源岩样品中的有机质含量在内的详细的数据统计报告，如图3所示。

利用烃源岩中有机质在激光的激发下产生荧光的特性(如图2中的a-d)，进行纳米级的三维空间重构(如图3左上角的三维空间重构形态图)，并对不同大小的有机质颗粒进行了统计(如图3右上角的有机质颗粒统计图)，计算出有机质颗粒所占空间体积与样品总体积的百分比，从而得出样品中的相对有机质含量，再结合对不同有机质的三维空间形态刻画，将烃源岩分成“1.富集型；2.贫富过渡型；3.贫烃型；4.裂缝型”四大类(如图4所示)。这四种类型的有机质含量具有较明显的区别(如图5所示)。

s106：对有机质含量进行地质规律分析或相关性分析，评价烃源岩的类型与优劣。

通过三维重构后，在鄂尔多斯盆地长7段，通过该方法精细刻画了长73-长71段烃源岩空间组合类型、丰度及分布特征，根据分类结果与地化分析数据进行相关性分析后，发现只有第一类富集型的有机质占比与地化数据toc、s1、s2、s1+s2、hi及有效碳具有较好的相关性，达到56％～85％的相关性，与可溶烃(s1)含量的相关性达到近85％，与有效碳含量的相关性达到70％以上，有效的反映了盆地内长7段烃源岩不同类型及丰度在平面上与纵向上的分布规律；其余三种类型因有机质含量较低，在泥岩中不是主要特征因素，因此与地化数据相关性较差，普遍低于40％(如图6所示)。但鉴于在做烃源岩评价时，有机质丰度过低往往不能作为有效烃源岩，因此，从其三维重构分类结果中提取的“富集型烃源岩”分析结果，对烃源岩“甜点”识别与评价还是具有重要参考价值。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的装置，如下面的实施例所述。由于激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的装置解决问题的原理与激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的方法相似，因此激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的装置的实施可以参见激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图7是本发明实施例的激光共聚焦三维重构对烃源岩进行评价的装置的一种结构框图，如图7所示，可以包括：样品选取模块701、激光共聚焦片制备模块702、多层激光切片体制备模块703、三维空间建模模块704、数据分析获取模块705和烃源岩的类型与优劣评价模块706，下面对该结构进行说明。

样品选取模块701，可以用于选取具有区域代表性的烃源岩样品；

激光共聚焦片制备模块702，可以用于将烃源岩样品磨制成激光共聚焦片；

多层激光切片体制备模块703，可以用于利用激光共聚焦显微镜于激光扫描模式下对激光共聚焦片进行光学切片获得多层激光切片体；

三维空间建模模块704，可以用于利用莱卡三维重构软件对多层激光切片体进行纳米级三维空间建模；

数据分析获取模块705，可以用于根据建立的模型对有机质的单体形态、组合形态、空间占比及分布特征进行数据体分析和规律统计获取烃源岩内有机质体积百分比含量，从而得出烃源岩样品中的有机质含量；

烃源岩的类型与优劣评价模块706，可以用于对有机质含量进行地质规律分析或相关性分析，评价烃源岩的类型与优劣。

在一个实施例中，样品选取模块701具体用于：根据选取具有区域代表性的烃源岩样品的标准：通过颜色深浅判断烃源岩的有机质丰度，颜色越黑，有机质含量越高；选取具有区域代表性的烃源岩样品。

在一个实施例中，激光共聚焦片制备模块702具体用于：将烃源岩样品磨制成厚度为1mm，面积为3cm×(2-3)cm的薄片(激光共聚焦片)。

在一个实施例中，多层激光切片体制备模块703具体用于：以步长为1.33um，分辨率在100hz或400hz的条件下进行光片扫描，得到步数在100-300，体积在150-500um³的多层激光切片体。

在一个实施例中，三维空间建模模块704具体用于：

步骤一，将制好的目标体多层激光切片体放入载物台，选择激光立体光片扫描模式；

步骤二，通过调整z轴，将光片中目标体调整到激光反射最强状态，此时目标体边界形态最明显，记录此时z轴位置；

步骤三，分别将z轴向上或向下进行移动，在目标体范围逐渐缩小至消失时，分别记录z轴位置，保存结果，此时得到lif文件；

步骤四，首先点击“view”、在“project”中选择要处理的三维数据体，然后点击“3d”按钮，进入三维重构模式；

步骤五，分别勾选“drawframe”、“axis”、“scalebar”，得到初步的三维立体显示图像；

步骤六，分别调整“opacity”、“minimum”、“maximum”、“gamma”的参数值，使目标体形态清晰、完整，获得构建的模型。

在一个实施例中，数据分析获取模块705具体用于：基于莱卡三维重构软件构建的模型，于莱卡三维重构软件中点击“analysis”按钮，依次进行“processingsequence”面板中的如下操作：

“selectimagestomeasure”，选择图像系列中最清晰的图层；

“imageprocessingpre-fitle”选择合适的滤波器，将图像调节到最清晰状态；

“adjustthreshold”，找到合适的图像轮廓；

“binaryprocessingpre-filter”，对图像进行“填洞”操作；

“binaryimageediting”，进行目标体大小测量；

“measureframe”，调整测量的范围或分辨率；

“measuremene”，设定按哪种空间类型进行显示及分类；

“classification”，选择分类数学方法；

“histogram”，形成的直方图编辑；

“creatreport”，按分类结果，获取包括烃源岩样品中的有机质含量在内的详细的数据统计报告。

在一个实施例中，烃源岩的类型与优劣评价模块706具体用于：对数据体分析的有机质含量进行单井或平面投点，根据地质背景信息判定数据结果是否符合地质规律，或者与地化分析的样品点进行相关性分析，从而验证数据的合理性，进而通过评价获取具有针对性的烃源岩的形态及对应的有机质含量。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：本发明通过采用激光共聚焦三维重构法不但可以建立烃源岩中有机质的三维空间分布形态，反映其组成类型及特征，也可以定量计算页岩中相对有机质含量，以便部分储层实验室在没有地化实验设备情况下，利用激光共聚焦显微镜来初步评价烃源岩的类型与优劣，进而有针对性的选取不同类型的烃源岩，送往地化实验室进行详细的地化分析。采用本发明的方法和装置能够较好的反应烃源岩内有机质含量及可溶烃与热解烃的含量，对烃源岩的性质评价具有重要参考价值。

虽然本发明提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。

上述实施例阐明的单元、装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络pc、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。