基于稀土元素分布的碳酸盐岩早成岩期岩溶定量表征方法

本发明涉及油气勘探，具体涉及一种基于稀土元素分布的碳酸盐岩早成岩期岩溶定量表征方法。

背景技术：

1、岩溶作用是碳酸盐岩的一种重要成岩作用，而早成岩期岩溶是近年来新发现的一种特殊的岩溶作用类型，是指新生成的或浅埋藏的沉积物在经历深埋成岩之前便暴露地表受到大气淡水改造的过程。与该改造过程相关的早成岩期岩溶储层是最重要的油气储集层类型之一，已在我国西部的元古界至古生界海相碳酸盐岩中发现了大量以早成岩期岩溶储层为主的大型油气藏，如鄂尔多斯盆地马家沟组、四川盆地灯影组、栖霞-茅口组等。与经典岩溶作用(或称表生期岩溶)以大型溶洞-缝和断裂-溶蚀带为识别标志不同的是，早成岩期岩溶作用发生时间早，以未固结-弱固结的沉积物为改造对象，其流体-岩石相互作用过程和岩石组构(结构、成分和孔隙特征)变化更加复杂。同时，早成岩期岩溶不同阶段的产物也具有多样性，不同的岩溶强度对碳酸盐岩储层的发育有至关重要的影响。所以，精细表征早成岩期岩溶作用的动态过程、明确不同岩溶强度的岩石组构变化规律对于预测早成岩期岩溶储层分布、评价储集层质量具有十分重要的意义。

2、目前有关碳酸盐岩岩溶作用表征和强度判识的研究已有许多报道，但几乎都是基于经典表生期岩溶模式而建立的。由于早成岩期岩溶与表生期岩溶在物质基础、流体疏导体系、持续时间等方面均有差异，导致两类岩溶作用的岩石学-地球化学响应也有所区别，此前基于表生期岩溶作用建立的表征和判识方法不适用于早成岩期岩溶作用。因此有必要针对这类特殊的早成岩期岩溶作用建立相应标准。此外，现有的表征方法技术均以定性的岩石学(包括岩心、显微薄片)特征观察为依据，受地质人员的人为因素和观点认识差异影响较大，很难在不同区块或不同研究团队中推广和统一使用。同时，考虑到深层古老碳酸盐岩在埋藏过程中可能受后期多种成岩作用的叠加改造，早成岩期形成的岩溶特征极易遭到破坏或覆盖，这也使得基于岩石学观察的岩溶作用表征技术存在局限性和不准确性，这些因素都影响了碳酸盐岩岩溶成储过程的客观认识，限制了对相应储集层的准确预测和评价。比如赵彦彦(2019)等人在《碳酸盐(岩)的稀土元素特征及其古环境指示意义》一文中，引入了稀土元素总量(σree)、钇钬元素比值(y/ho)、铈元素异常值等指标来表征碳酸盐(岩)的沉积-成岩过程，然而σree、y/ho比值、ce异常等指标容易受到碳酸盐岩原始沉积环境和岩性差异影响，更适用于沉积古环境分析，而对岩溶作用不敏感，进而导致判别结果出现偏差。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述问题，本发明提供一种基于稀土元素分布的碳酸盐岩早成岩期岩溶定量表征方法，以解决现有技术的相关指标容易受到碳酸盐岩原始沉积环境和岩性差异影响，从而对岩溶作用不敏感，进而导致判别结果出现偏差的技术问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、基于稀土元素分布的碳酸盐岩早成岩期岩溶定量表征方法，包括如下步骤：

4、(1)采集岩石样品；

5、(2)获取稀土元素测试数据；

6、(3)稀土元素数据投图和计算：

7、①绘制稀土元素蛛网图：首先采用澳大利亚后太古宙页岩(paas)元素丰度对获取的稀土元素含量数据进行标准化计算，标准化后的数据用下标sn表示，随后将稀土元素划分为轻稀土：la、ce、pr、nd，中稀土：sm、eu、gd、tb、dy，y，重稀土：ho、er、tm、yb、lu，按照轻稀土、中稀土、y、重稀土的顺序绘制稀土元素蛛网图(也称稀土元素配分图)；

8、②关键参数计算：选取稀土元素总量σree、钇钬元素比值y/ho、铈元素异常值(ce/ce*)sn、中稀土异常值bsi作为判别早成岩期岩溶强度的4类关键指标，相关计算公式如下：

9、∑ree＝la+ce+pr+nd+sm+eu+gd+tb+dy+ho+er+tm+yb+lu；

10、(ce/ce*)sn＝cesn/(prsn×(prsn/ndsn))；

11、

12、(4)根据步骤(3)中获取的稀土元素配分模式图和关键参数确定碳酸盐岩早成岩期岩溶强度：

13、依据稀土元素配分图中的曲线形态总体特征及4种关键指标，对碳酸盐岩早成岩期岩溶强度进行判别，包含以下4中判别结果：

14、①未受岩溶改造：稀土元素配分曲线呈明显左倾特征，即轻稀土相较于中稀土和重稀土亏损，σree小于20ppm，y/ho比值大于36，(ce/ce*)sn小于0.8，bsi介于0.9到1.1之间；

15、②弱岩溶改造：对应于碳酸盐岩的准同生短暂暴露期，稀土元素配分曲线仍具有微弱左倾特征，σree小于15ppm，y/ho比值介于32到36之间，(ce/ce*)sn小于1.0，bsi介于0.9到1.1之间；

16、③中等岩溶改造：对应于碳酸盐岩大气淡水成岩早期，稀土元素配分曲线呈中稀土富集/凸起特征，σree介于20到35ppm之间，y/ho比值介于28到32之间，(ce/ce*)sn介于0.9到1.1之间，bsi大于1.1；

17、④强岩溶改造：对应于碳酸盐岩大气淡水成岩晚期，稀土元素配分曲线呈平坦化特征，σree大于35ppm，y/ho比值小于28，(ce/ce*)sn介于0.9到1.1之间，bsi介于0.9到1.1之间。

18、更进一步地，步骤(1)采集岩石样品的具体操作：针对研究层位，筛选出取心或出露较为完整且具有代表性的钻井或野外露头进行观察，识别出暴露面及其之下的岩溶改造层段，按岩性采集样品。

19、更进一步地，步骤(2)获取稀土元素测试数据的具体操作为：

20、①样品制备及前处理：首先利用低速牙钻从岩心/野外手标本新鲜面机械钻取岩石粉末样品，将50mg岩石粉末样品通过hno3和hf混合液的方式进行全溶后准备上机测试；

21、②稀土元素测试：将步骤①中获取的样品通过icp-ms(电感耦合等离子体质谱分析仪)全岩方法测试以获取碳酸盐岩样品中稀土元素含量数据。

22、综上所述，相比于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：

23、1、本发明创造性地纳入中稀土异常值(bsi)，增加了对早成岩期岩溶作用的敏感性，增强了碳酸盐岩早成岩期岩溶作用强度判识的精准性。

24、2、本发明将元素地球化学分析方法和原理应用于早成岩期岩溶作用研究，实现了岩溶改造强度的量化判别，可避免传统岩石学方法因人为因素或样品不典型而造成的多解性。

技术特征：

1.基于稀土元素分布的碳酸盐岩早成岩期岩溶定量表征方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的基于稀土元素分布的碳酸盐岩早成岩期岩溶定量表征方法，其特征在于，步骤(1)采集岩石样品的具体操作：针对研究层位，筛选出取心或出露较为完整且具有代表性的钻井或野外露头进行观察，识别出暴露面及其之下的岩溶改造层段，按岩性采集样品。

3.如权利要求1所述的基于稀土元素分布的碳酸盐岩早成岩期岩溶定量表征方法，其特征在于，步骤(2)获取稀土元素测试数据的具体操作为：

技术总结
本发明公开了一种基于稀土元素分布的碳酸盐岩早成岩期岩溶定量表征方法，涉及油气勘探技术领域，本发明包括如下步骤：采集岩石样品；获取稀土元素测试数据；对稀土元素数据进行投图和计算，将稀土元素总量ΣREE、钇钬元素比值Y/Ho、铈元素异常值(Ce/Ce*)<subgt;SN</subgt;、中稀土异常值BSI作为判别岩溶强度的4类关键指标，确定碳酸盐岩早成岩期岩溶强度，创造性地纳入中稀土异常值(BSI)，增加了对岩溶作用的敏感性，增强了碳酸盐岩早成岩期岩溶作用强度判识的精准性。

技术研发人员：熊鹰,肖笛,谭秀成,钟寿康,赵东方,李明隆
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17