CN102565104A - 一种烃源岩有机碳含量的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烃源岩有机碳含量的测定方法，其包括以下步骤：采用场发射扫描电子显微镜对烃源岩样品进行观测；根据能谱识别数据确定观测图像中的有机碳，获得有机碳分布区域的颜色和形态；获得观测图像中有机碳分布区域的颜色的rgb值分布区间；将观测图像中rgb值位于有机碳分布区域的颜色的rgb值分布区间之外的区域调整为白色，得到有机碳分布图像；对有机碳分布图像中的有机碳分布区域的形态进行修正，使两个图像中的有机碳分布区域的形态基本相同；计算有机碳分布图像中有机碳分布区域的像素点的数量占整个有机碳分布图像的像素点的总数量的比例，得到有机碳的体积百分含量。该方法是一种能够快速、准确的烃源岩有机碳含量测定方法。

Description

一种烃源岩有机碳含量的测定方法

技术领域

本发明涉及一种烃源岩有机碳含量的测定方法，属于油气资源有机物含量测定技术领域。

背景技术

有机碳(TOC)含量是评价烃源岩有机物含量的重要指标，也是评价生烃潜力的重要指标，在估算沉积盆地的油气资源规模以及石油勘探中具有十分重要的地位。因此，加强有机碳含量测定方法的研究，对油气资源评价的研究具有重要意义。

学术界对烃源岩有机碳分析作了许多研究，主要从两个方面来测定有机碳含量：

(1)化学测定法

目前，国内各实验室常用化学测定法来测定烃源岩有机碳含量，其中，燃烧-重量法(《岩石矿物分析》，岩石矿物分析编写小组；北京：北京地质出版社；1974；225-226)和燃烧-非水滴定法(《电弧燃烧法测碳硫》，朱鹏鸣、扬书成；四川：四川人民出版社；1979；8-9)可以测定岩矿样中的“全碳”，而湿法氧化-非水滴定法(《湿法氧化-非水滴定法》，宋金如；华东地院工业分析实验(教学汇编资料)；1988；330-333)可以测定有机碳含量。后者又分为有重铬酸钾氧化法、过硫酸钾氧化法和重铬酸钾-硫酸亚铁法等，该方法是将样品经酸预处理驱除碳酸盐碳，洗净、干燥酸不溶物，再将氧化有机碳所生成的二氧化碳吸收，称重、计算，最终得有机碳含量。

(2)测井信息处理方法

从上世纪80年代开始，国内外一些学者就开始探索烃源岩的地球化学参数与测井信息之间的关系，并提出了利用测井信息计算有机碳含量的方法，如ΔlgR法、多元统计分析法和人工神经网络法(《烃源岩测井识别与评价方法研究》，王贵文、朱振宇、朱广宇；石油勘探与开发，2002，29(4)：50-52)等。1981年，Schmoker指出高的自然伽马值与烃源岩间的相关性(Schmoker J W.Determination of organic-matter content ofAppalachian Devonian shales from gammaray logs.AAPG Bulletin，1981，65：1285-1298)，1983年他提出用密度测井信息来估算烃源岩中有机碳含量的方法(Schmoker J W，HeaterT C.Organic carbon in Bakken Formation，United States portion of Williston basin.AAPGBulletin，1983，67：2165-2174)；Meyer和Nederlof提出了用电阻率、密度和声波测井组合的方法判别烃源岩(Meyer B L，Nederlof M H.Identification of source rocks on wirelinelogs by density/resistivity and sonic transit time/resistivity crossplots.AAPG Bulletin，1984，68：121-129)；1988年，Herron等提出用C/O中子测井信息来计算地层中TOC含量的方法(Herron S L，Letendre I，Dufour M.Source rock evaluation using geochemical informationfrom wireline logs and cores(abs.).AAPG Bulletin，1988，72：1007)；同年，Mann和Muller利用自然伽马能谱、体积密度、声波和电阻率测井组合来评价烃源岩，观察到了以上测井响应参数与烃源岩中TOC值的一些经验关系(Mann U P，Muller J.Source rockevaluation by well log analysis(lower Toarcian，Hils Synline)：Advances in OrganicGeochemistry 1987.Organic Geochemistry，1988，13：109-129)；1990年，Passey等提出了一项可以适用于碳酸盐岩烃源岩和碎屑岩烃源岩的测井评价方法(Passey Q R，et al.Apractical model for organic richness from porosity and resistivity logs.AAPG Bulletin，1990，74：1777-1794)，该方法能够计算出不同成熟度条件下的有机碳含量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的烃源岩有机碳含量的测定方法，该方法与化学测定法和测井信息处理法完全不同，是通过样品图像观察、鉴定和统计完成的，核心技术是图像的识别、处理和统计，这种方法直观、简便、快速，而且准确，是烃源岩有机碳测定的可靠方法之一。

为达到上述目的，本发明提供了一种烃源岩有机碳含量的测定方法，其包括以下步骤：

(1)、采用场发射扫描电子显微镜对烃源岩样品进行观测，获得观测图像MAP-ROCK(MAP_ROCK为观测图像的名称，对该观测图像并无其他限定作用)以及能谱识别数据；

(2)、根据能谱识别数据确定观测图像MAP-ROCK中的有机碳，获得观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的颜色和形态；

(3)、获得观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的颜色的rgb值分布区间，下限值为rgb_low，上限值为rgb_high；

(4)、将观测图像MAP-ROCK中rgb值位于观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的颜色的rgb值分布区间之外的区域调整为白色，得到有机碳分布图像MAP_TOC(MAP_TOC为有机碳分布图像的名称，对该有机碳分布图像并无其他限定作用)；

(5)、对比观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的形态和有机碳分布图像MAP_TOC中的有机碳分布区域的形态，对有机碳分布图像MAP_TOC中的有机碳分布区域的形态进行修正，使两个图像中的有机碳分布区域的形态基本相同；

(6)、计算有机碳分布图像MAP_TOC中有机碳分布区域的像素点的数量占整个有机碳分布图像MAP_TOC的像素点的总数量的比例，得到烃源岩样品中的有机碳的体积百分含量。

在本发明提供的上述烃源岩有机碳含量的测定方法，优选地，该方法还包括以下的步骤(7)：

根据烃源岩与有机碳的比重(密度)，对有机碳的体积百分含量进行换算，得到烃源岩样品中的有机碳的重量百分含量。

在本发明所提供的上述测定方法中，步骤(2)中根据能谱识别数据确定观测图像MAP-ROCK中的有机碳是指：在图像中颜色亮的不是有机碳，颜色暗的或黑的一般为有机碳；在能谱图中有机碳因原子序列比较低，其峰值靠近零线位置，根据能谱识别数据，进一步确认暗色和黑色区域是否为有机碳。

在本发明所提供的上述测定方法中，在步骤(3)中，获得观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的颜色的rgb值是对有机碳的不同分布区域进行分析，得到其rgb值，然后将其中最低的值作为下限值，即rgb_low，将其中最高的值作为上限值，即rgb_high。对于rgb值的获得，可以根据rgb颜色标准按照常规方法进行。

在本发明所提供的上述测定方法中，在步骤(4)中，有机碳分布图像MAP_TOC的获得也可以借助目前常用的图片处理软件进行，例如photoshop软件等。

在本发明所提供的上述测定方法中，在步骤(5)中，对有机碳分布图像MAP_TOC中的有机碳分布区域的形态进行修正是指将两个图像进行对比，然后将有机碳分布图像MAP_TOC中并不是有机碳的区域(例如rgb值位于rgb_high和rgb_low的区间内，但是实际上并不是有机碳的区域，例如岩石孔隙等，它们在图像中的颜色与有机碳分布区域的颜色接近)删除，同时，将对步骤(4)中被变成白色的属于有机碳的区域进行补充。当两个图像中的有机碳分布区域的形态相同或99.5％近似时就可以认为上述修正已经得到所需要的效果，这里的基本相同是指两个图像中的有机碳分布区域的形态没有明显差别。

在本发明提供的上述烃源岩有机碳含量的测定方法，优选地，步骤(6)为：

获得整个有机碳分布图像MAP_TOC的像素点的总数量；

对有机碳分布图像MAP_TOC中的所有像素点进行分析，将rgb值大于等于rgb_low并且小于等于rgb_high的像素点与其他像素点分离，对其数量进行统计，得到有机碳分布图像MAP_TOC中有机碳分布区域的像素点的数量；

用有机碳分布图像MAP_TOC中有机碳分布区域的像素点的数量除以整个有机碳分布图像MAP_TOC的像素点的总数量，得到烃源岩样品中有机碳的体积百分含量。

在本发明提供的上述烃源岩有机碳含量的测定方法，优选地，烃源岩样品中的有机碳的体积百分含量是通过以下公式计算的：

TOC_vol＝Pix_TOC/Pix_all×100％       (1)

在式(1)中：TOC_vol为有机碳体积百分含量；

Pix_TOC为有机碳分布图像MAP_TOC中有机碳分布区域的像素点的数量，即rgb值大于等于rgb_low并且小于等于rgb_high的像素点的数量，单位为个或点；

Pix_all为整个有机碳分布图像MAP_TOC的像素点的总数量，单位为个或点。

在本发明提供的上述烃源岩有机碳含量的测定方法，优选地，烃源岩样品中的有机碳的重量百分含量是通过以下公式计算的：

$\mathrm{TOC}\_\mathrm{wt}=\frac{\mathrm{TOC}\_\mathrm{vol}\×\mathrm{Den}\_\mathrm{TOC}}{\mathrm{TOC}\_\mathrm{vol}\×\mathrm{Den}\_\mathrm{TOC}+(1-\mathrm{TOC}\_\mathrm{vol})\×\mathrm{Den}\_\mathrm{rock}}\×100\%---\left(2\right)$

在式(2)中：

TOC_wt为烃源岩样品中有机碳的重量百分含量；

Den_TOC为有机碳的比重，单位为t/m³；

Den_rock为岩石的比重，单位为t/m³。

在本发明提供的上述烃源岩有机碳含量的测定方法，优选地，烃源岩样品是经过氩离子抛光处理后的烃源岩样品。

在本发明提供的上述烃源岩有机碳含量的测定方法，优选地，观测图像MAP-ROCK为BMP格式的图片。

本发明提供的烃源岩有机碳的含量测定方法通过对烃源岩样品进行场发射扫描电子显微镜观测，获得观测图像，然后通过对该观测图像进行识别、处理与统计，能够快速、准确地得到烃源岩样品中的有机碳含量，为准确计算烃源岩生油气量奠定基础。而且，在本发明提供的测定方法中，烃源岩样品可以重复测试，操作简便、快速有效。

附图说明

图1为本发明所提供的烃源岩有机碳含量的测定方法的流程示意图；

图2为实施例1的烃源岩样品场的发射扫描电子显微镜观测图像MAP_ROCK；

图3为实施例1的有机碳分布图像MAP_TOC；

图4-1为实施例1中修正前的有机碳分布图像MAP_TOC；

图4-2为实施例1中修正后的有机碳分布图像MAP_TOC；

图5为实施例2的烃源岩样品场的发射扫描电子显微镜观测图像MAP_ROCK；

图6为实施例2的有机碳分布图像MAP_TOC；

图7-1为实施例2中修正前的有机碳分布图像MAP_TOC；

图7-2为实施例2中修正后的有机碳分布图像MAP_TOC。

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。

实施例1张家界地区寒武系烃源岩样品有机碳含量测定

本实施例提供一种对张家界地区寒武系烃源岩样品的有机碳含量进行测定的方法，其可以按照图1所示的流程进行，具体包括以下步骤：

1、利用场发射扫描电子显微镜(日立S4500)对经过氩离子抛光处理之后的烃源岩样品进行观测，得到烃源岩样品场的发射扫描电子显微镜观测图像MAP_ROCK(BMP格式，如图2所示)以及能谱识别数据0.3keV；

2、根据能谱识别数据确定观测图像MAP_ROCK中的有机碳分布区域，其中，深灰色区域(图2中颜色最深的区域)是有机碳分布的区域，其它色区为岩石、孔隙、矿物质等非有机碳分布的区域；

3、对观测图像MAP_ROCK中的有机碳分布区域的颜色的rgb值进行获取，获得观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的颜色的rgb值分布区间，下限值为rgb_low，上限值为rgb_high；在获取时，对有机碳分布区域中颜色相对浅一些的区域进行rgb值获取，以其中的最小值为rgb_low，在本实施例中，rgb_low＝460551，红色＝7、绿色＝7、蓝色＝7；然后对有机碳分布区域中颜色相对深一些的区域进行rgb值获取，以其中的最大值为rgb_high，在本实施例中，rgb_high＝6579300，红色＝100、绿色＝100、蓝色＝100；

4、将观测图像MAP-ROCK中rgb值位于观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的颜色的rgb值分布区间之外的区域(即rgb值小于rgb_low的区域和rgb值大于rgb_high的区域)调整为白色，得到有机碳分布图像MAP_TOC，如图3所示；

5、将观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的形态和有机碳分布图像MAP_TOC中的有机碳分布区域的形态进行对比，对有机碳分布图像MAP_TOC中的有机碳分布区域的形态进行修正，将有机碳分布图像MAP_TOC中不属于有机碳分布区域的部分删除(例如属于岩石孔隙的部分)，同时补充在步骤4中被调整为白色的有机碳分布区域，使两个图像中的有机碳分布区域的形态基本相同，图4-1和图4-2分别为修正前后的有机碳分布图像MAP_TOC；

6、统计有机碳分布图像MAP_TOC中有机碳分布区域的像素点的数量Pix_TOC＝58528，统计整个有机碳分布图像MAP_TOC的像素点的总数量Pix_all＝412370，带入式(1)计算得到烃源岩样品中有机碳的体积百分含量为：TOC_vol＝58528/412370×100％＝14.19％；

7、将TOC_vol＝14.19％、有机碳比重Den_TOC＝1.2t/m³、烃源岩比重Den_rock＝2.6t/m³带入式(2)计算得到烃源岩样品中有机碳的重量百分含量为：

14.19％×1.2/[14.19％×1.2+(1-14.19％)×2.6]×100％＝7.09％。

采用化学法测试得到本实施例的烃源岩样品中有机碳的重量百分含量为7.3％，由此可见，采用本实施例提供的测定方法与化学法测得的结果差别不大，而且，不同方法测定的样品部位不一样，从理论上讲结果不完全相同是正常的。另外，化学法测试的样品是不可重复的，测完后样品就毁了，而本发明所提供的测定方法具有其独特性，并且具有可重复性以及便利性。

实施例2美国Eagle Ford烃源岩样品有机碳含量测定

本实施例提供一种对美国Eagle Ford烃源岩样品的有机碳含量进行测定的方法，其可以按照图1所示的流程进行，具体包括以下步骤：

1、利用场发射扫描电子显微镜(日立S4500)对经过氩离子抛光处理之后的烃源岩样品进行观测，得到烃源岩样品场的发射扫描电子显微镜观测图像MAP_ROCK(BMP格式，如图5所示)以及能谱识别数据0.3keV；

2、根据能谱识别数据确定观测图像MAP_ROCK中的有机碳分布区域，其中，深灰色区域(图5中颜色最深的区域)是有机碳分布的区域，其它色区为岩石、孔隙、矿物质等非有机碳分布的区域；

3、对观测图像MAP_ROCK中的有机碳分布区域的颜色的rgb值进行获取，获得观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的颜色的rgb值分布区间，下限值为rgb_low，上限值为rgb_high；在获取时，对有机碳分布区域中颜色相对浅一些的区域进行rgb值获取，以其中的最小值为rgb_low，在本实施例中，rgb_low＝1381653，红色＝21、绿色＝21、蓝色＝21；然后对有机碳分布区域中颜色相对深一些的区域进行rgb值获取，以其中的最大值为rgb_high，在本实施例中，rgb_high＝7237230，红色＝110、绿色＝110、蓝色＝110；

4、将观测图像MAP-ROCK中rgb值位于观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的颜色的rgb值分布区间之外的区域(即rgb值小于rgb_low的区域和rgb值大于rgb_high的区域)调整为白色，得到有机碳分布图像MAP_TOC，如图6所示；

5、将观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的形态和有机碳分布图像MAP_TOC中的有机碳分布区域的形态进行对比，对有机碳分布图像MAP_TOC中的有机碳分布区域的形态进行修正，将有机碳分布图像MAP_TOC中不属于有机碳分布区域的部分删除(例如属于岩石孔隙的部分)，同时补充在步骤4中被调整为白色的有机碳分布区域，使两个图像中的有机碳分布区域的形态基本相同，图7-1和图7-2分别为修正前、后的有机碳分布图像MAP_TOC；

6、统计有机碳分布图像MAP_TOC中有机碳分布区域的像素点的数量Pix_TOC＝78405，统计整个有机碳分布图像MAP_TOC的像素点的总数量Pix_all＝408958，带入式(1)计算得到烃源岩样品中有机碳的体积百分含量为：TOC_vol＝78405/408958×100％＝19.17％；

7、将TOC_vol＝19.17％、有机碳比重Den_TOC＝1.2t/m³、烃源岩比重Den_rock＝2.6t/m³带入式(2)计算得到烃源岩样品中有机碳的重量百分含量为：

19.17％×1.2/[19.17％×1.2+(1-19.17％)×2.6]×100％＝9.87％。

采用化学法测试得到本实施例的烃源岩样品中有机碳的重量百分含量为10.03％，由此可见，采用本实施例提供的测定方法与化学法测得的结果差别不大。

Claims (7)

1.一种烃源岩有机碳含量的测定方法，其包括以下步骤：

(1)、采用场发射扫描电子显微镜对烃源岩样品进行观测，获得观测图像MAP-ROCK以及能谱识别数据；

(2)、根据能谱识别数据确定观测图像MAP-ROCK中的有机碳，获得观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的颜色和形态；

(3)、获得观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的颜色的rgb值分布区间，下限值为rgb_low，上限值为rgb_high；

(4)、将观测图像MAP-ROCK中rgb值位于观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的颜色的rgb值分布区间之外的区域调整为白色，得到有机碳分布图像MAP_TOC；

(5)、对比观测图像MAP-ROCK中有机碳分布区域的形态和有机碳分布图像MAP_TOC中的有机碳分布区域的形态，对有机碳分布图像MAP_TOC中的有机碳分布区域的形态进行修正，使两个图像中的有机碳分布区域的形态基本相同；

(6)、计算有机碳分布图像MAP_TOC中有机碳分布区域的像素点数量占整个有机碳分布图像MAP_TOC的像素点总数量的比例，得到所述烃源岩样品中的有机碳的体积百分含量。

2.根据权利要求1所述的烃源岩有机碳含量的测定方法，其中，该方法还包括以下的步骤(7)：

根据烃源岩与有机碳的比重，对有机碳的体积百分含量进行换算，得到所述烃源岩样品中的有机碳的重量百分含量。

3.根据权利要求1或2所述的烃源岩有机碳含量的测定方法，其中，所述步骤(6)为：

获得整个有机碳分布图像MAP_TOC的像素点的总数量；

对有机碳分布图像MAP_TOC中的所有像素点进行分析，将rgb值大于等于rgb_low并且小于等于rgb_high的像素点与其他像素点进行分离，对其数量进行统计，得到有机碳分布图像MAP_TOC中有机碳分布区域的像素点的数量；

用有机碳分布图像MAP_TOC中有机碳分布区域的像素点的数量除以整个有机碳分布图像MAP_TOC的像素点的总数量，得到所述烃源岩样品中的有机碳的体积百分含量。

4.根据权利要求1-3任一项所述的烃源岩有机碳含量的测定方法，其中，所述烃源岩样品中的有机碳的体积百分含量是通过以下公式计算的：

TOC_vol＝Pix_TOC/Pix_all×100％     (1)

在式(1)中：TOC_vol为有机碳体积百分含量；

Pix_TOC为有机碳分布图像MAP_TOC中有机碳分布区域的像素点的数量，即rgb值大于等于rgb_low并且小于等于rgb_high的像素点的数量，单位为个；

Pix_all为整个有机碳分布图像MAP_TOC的像素点的总数量，单位为个。

5.根据权利要求4所述的烃源岩有机碳含量的测定方法，其中，所述烃源岩样品中的有机碳的重量百分含量是通过以下公式计算的：

$\mathrm{TOC}\_\mathrm{wt}=\frac{\mathrm{TOC}\_\mathrm{vol}\×\mathrm{Den}\_\mathrm{TOC}}{\mathrm{TOC}\_\mathrm{vol}\×\mathrm{Den}\_\mathrm{TOC}+(1-\mathrm{TOC}\_\mathrm{vol})\×\mathrm{Den}\_\mathrm{rock}}\×100\%---\left(2\right)$

在式(2)中：

TOC_wt为所述烃源岩样品中的有机碳的重量百分含量；

Den_TOC为有机碳的比重，单位为t/m³；

Den_rock为岩石的比重，单位为t/m³。

6.根据权利要求1所述的烃源岩有机碳含量的测定方法，其中，所述烃源岩样品是经过氩离子抛光处理后的烃源岩样品。

7.根据权利要求1所述的烃源岩有机碳含量的测定方法，其中，所述观测图像MAP-ROCK为BMP格式的图片。

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