CN104749341B - 碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法。该方法包括：步骤一、在待测区域采集基础烃源岩样品，对采集的基础烃源岩样品进行测定，得到残余有机质丰度、粘土矿物含量及有机质成熟度；步骤二、根据步骤一得到的数据，判定和恢复原始有机质丰度；步骤三、根据测定得到的粘土矿物含量、原始有机质丰度，建立粘土矿物含量—原始有机质丰度交汇图，确定趋势线，计算得到粘土矿物含量-原始有机碳的回归方程及回归系数；步骤四、取待测区域采集的待测基础烃源岩样品，测定其粘土矿物含量，根据回归方程，得到其有效性。本发明的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法能够准确地判别碳酸盐岩类烃源岩的有效性。

Description

碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法

技术领域

本发明涉及一种碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法，属于石油勘探技术领域。

背景技术

我国海相碳酸盐岩地层分布面积广、沉积厚度大，一直是石油天然气勘探的重要领域，近年来，我国相继在鄂尔多斯、塔里木和四川三大盆地的深层碳酸盐岩层系获得一批重要发现，显示出海相碳酸盐岩层系巨大的资源潜力，但碳酸盐岩类烃源岩评价一直是石油地质与有机地球化学界面临的重大难题。

有机质丰度是评价烃源岩的最基础指标，烃源岩有机质丰度常以总有机碳(TOC)、氯仿沥青“A”和总烃(HC)含量来表达，其中总有机碳是控制后两者的参数，是烃源岩评价的基本参数。前人在碳酸盐岩类烃源岩评价方面开展了大量的研究与探索，提出了有效烃源岩的有机碳丰度下限值，但彼此的研究结果却往往相差很大，下限数值范围从0.05％到0.5％。

随着岩石成熟度增高，烃源岩的有机碳含量会随着烃类的生成和排驱作用而降低，并且，不同类型的烃源岩，在相同的成熟作用条件下，由于生排烃量的差异，有机碳减小的量也不同，因此，实测有机碳实际上为残余有机碳，需要根据样品热演化程度、有机质类型进行原始有机碳含量的恢复。

碳酸盐岩既可作为烃源岩，又可作为储集岩，因此在恢复原始有机碳含量之前，对烃源岩有机质原生性的识别十分重要。碳酸盐岩类烃源岩包含灰岩、泥质灰岩、泥灰岩等，其中的泥质含量逐渐升高。近年来研究发现，泥质灰岩烃源岩是海相层系主力烃源岩，而粘土矿物含量是影响泥质烃源岩有机质丰度的重要因素之一，粘土矿物不仅可以在沉积过程中吸附有机质，而且可以将有机质纳入矿物层间使其免遭成岩演化作用破坏，这为碳酸盐岩类烃源岩有效性评价提供了新的思路，但是还没有切实可行的评价方法。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法，能够对海相碳酸盐岩盆地中烃源岩的有效性进行判定。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一种碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法，包括如下步骤：

步骤一、在待测区域采集多个基础烃源岩样品，对采集的基础烃源岩样品进行测定，得到残余有机质丰度TOC_残余、粘土矿物含量及有机质成熟度；

步骤二、根据有机质成熟度的参数，判定是否需要恢复原始有机质丰度TOC_原始，当需要进行恢复时，按照公式(1)恢复样品原始有机质丰度TOC_原始，当不需要恢复时，按照公式(2)将残余有机质丰度数据作为原始有机质丰度TOC_原始的数据；

TOC_原始＝－4.518×10^-5×TOC_残余 ²+0.05151×TOC_残余－12.53(1)

TOC_原始＝TOC_残余(2)

步骤三、根据测定得到的粘土矿物含量、原始有机质丰度TOC_原始，建立并得到粘土矿物含量—原始有机质丰度交汇图，确定趋势线，计算得到粘土矿物含量-原始有机质丰度的线性回归方程及回归系数；

步骤四、取待测区域采集的待测烃源岩样品，XRD“K值法”测定其粘土矿物含量，根据步骤三的回归方程和回归系数，得到原始有机质丰度，即得到碳酸盐岩类烃源岩的有效性。

上述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，基础烃源岩样品是指在待测区域随机采集样品作为建立模型的基础数据；所述待测烃源岩样品是指模型建立后实际测定时采集的需要测定的样品。

上述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，优选的，在所述粘土矿物含量—原始有机质丰度交汇图中，横坐标为粘土矿物含量，采用线性刻度，刻度范围在0-100之间，纵坐标为原始有机碳含量，采用对数刻度，刻度范围在0.01-10之间，统计大量散点分布规律确定趋势线，确定粘土矿物含量与原始有机碳含量数学关系式。

上述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，优选的，所述残余有机质丰度TOC_残余的测定参数为剔除外来有机质的残余有机碳含量，相应的，所述原始有机质丰度TOC_原始的参数为原始有机碳含量。

上述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，优选的，所述有机质成熟度的参数为热解烃峰顶温度T_max。

上述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，优选的，判定是否需要恢复原始有机质丰度的标准为热解烃峰顶温度T_max是否大于410℃；当T_max＞410℃时，需要进行恢复，当成熟度T_max≤410℃时，不需要进行恢复。

上述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，判定是否需要恢复原始有机质丰度的依据是有机质成熟度参数T_max，但一般还需结合样品采集区(在待测区域)对烃源岩成熟度的研究成果，一般地，当样品T_max＞410℃时，应该对其进行原始有机质丰度恢复。

上述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，优选的，所述步骤一包括：

对采集的基础烃源岩样品进行热脱附分析，得到可溶烃含量S₁；

对热脱附分析后的基础烃源岩样品进行热裂解分析，得到热解烃含量S₂以及有机质成熟度的参数热解烃峰顶温度T_max；

对采集的基础烃源岩样品进行有机碳含量测定，得到的含量数值即为残余有机碳含量TOC_残余；

对采集的基础烃源岩样品进行粉末XRD“K值法”测量，得到粘土矿物含量；

建立初步的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图，确定趋势线，结合样品表观结果，根据正相关关系，识别偏离趋势线的异常数据点(这些异常数据点我们认为是外来沥青充填或固化(碳化)沥青残留，导致有机碳含量偏高，为非原生烃源岩的典型特征。另外，有机碳TOC与热解烃量S₂双高区，样品观察结果发现存在外来沥青干扰，同样是非原生烃源岩的特征)，确定其是否为外来有机质输入，并去除外来有机质的数据点，得到剔除外来有机质的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图；

根据剔除外来有机质的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图，以及测得的可溶烃含量S₁、热解烃含量S₂，得到剔除外来有机质的残余有机碳含量TOC_残余。

上述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，优选的，在所述初步的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图中或在所述剔除外来有机质的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图中，横坐标为有机碳TOC_残余，采用线性刻度，刻度范围在0-10之间，纵坐标为可溶烃量和热解烃量之和S₁+S₂，采用对数刻度，刻度范围在0.001-100之间；统计大量散点分布规律确定趋势线，识别偏离趋势线的数据点，结合样品表观观察结果，确定其是否有外来有机质输入。

上述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，结合样品表观结果是指结合表面观察的结果，即从视觉角度观察烃源岩中是否含有沥青等有机质，如有，作为一个依据，需要排除这种外来有机质的影响。

上述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，优选的，所述根据有机质成熟度T_max利用公式恢复样品原始有机质丰度是指根据有机质成熟度利用TOC_原始＝－4.518×10^-5×TOC_残余 ²+0.05151×TOC_残余－12.53，得到原始有机质丰度。

上述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，优选的，该碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，或者以氯仿沥青A或总烃HC替代有机碳含量TOC，按照方法步骤进行碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断。

本发明碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，所用的测定技术主要有三项：总有机碳分析测定有机碳含量TOC、岩石快速热解测定可溶烃量和热解烃量、X射线衍射法进行粉末XRD“K值法”测量粘土矿物含量。总有机碳(TOC)，由专门的仪器——总有机碳分析仪(以下简称TOC分析仪)来测定，其原理是用稀盐酸去除样品中的无机碳后，在高温氧气流中燃烧，使总有机碳转化成二氧化碳，经红外检测器检测并给出总有机碳的含量。岩石快速热解是一种多温阶的体积流热解技术，应用于缺氧条件下，对岩样作快速加热，进行连续的热脱附—热裂解分析的方法。同步定量检测其各种气态和液态产物的数量，但对产物的化合物成分不做具体分析。岩石快速热解分析法具有样品用量少、简便、快速、分析成本低、室内与现场均可适用的特点，分析结果得出一系列热解参数，可对烃源岩的有机质类型、丰度、成熟度与热演化程度等进行评价等。X射线衍射法原理是根据流体静力学中的斯托克斯(Stocks)沉降定理，采用水悬浮液分离方法或离心分离方法分别提取粒径小于10μm和小于2μm的粘土矿物样品。由于每一种矿物的晶体都具有特定的X射线衍射图谱，图谱中的特征峰强度与样品中该矿物的含量正相关，因此，采用实验的方式可以确定某种矿物的含量与其特征衍射峰的强度之间的正相关关系——K值，进而通过测量未知样品中该矿物的特征峰的强度而求出该矿物的含量，这就是X射线衍射定量分析中“K值法”。沉积岩中常见非粘土矿物含量采用K值法测定。粘土矿物总量既可采用K值法测定，也可采用水悬浮液分离方法测定。

本发明的突出效果为：

本发明利用粘土矿物含量—原始有机质丰度交汇图判别碳酸盐岩类烃源岩的有效性，即通过对烃源岩样品残余有机碳含量、粘土矿物含量进行测定，排除受到外来有机质侵染的样品的影响，利用关系式对样品原始有机碳进行恢复，建立原始有机碳含量与已知的粘土矿物含量相关性图版，能够准确地判别碳酸盐岩类烃源岩的有效性，特别适用于海相碳酸盐岩盆地中碳酸盐岩类烃源岩有效性的判定。

附图说明

图1是实施例碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法的流程图；

图2是实施例碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中岩石热解分析可溶烃峰和热解烃峰的波谱图；

图3是实施例碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图；

图4是实施例碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中的粘土矿物含量—原始有机质丰度交汇图。

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。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例

本实施例提供了一种碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法，用于海相碳酸盐岩盆地中碳酸盐岩类烃源岩有效性的判定，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一、在待测区域采集多个基础烃源岩样品；

将适量的基础烃源岩样品直接置于仪器热解炉中，采用岩石快速热解技术对采集的基础烃源岩样品进行热脱附分析，加热到300℃(第一温阶)，恒温3分钟，测得游离的可溶烃峰P₁，由峰面积计算得到可溶烃含量S₁；

对热脱附分析后的基础烃源岩样品进行热裂解分析，以50℃/分钟的速度继续加热到600℃，测得热解烃峰P₂，由峰面积计算得到热解烃含量S₂以及有机质成熟度的参数热解烃峰顶温度T_max；

测试分析图谱如图2所示(热解生烃量与程序温度关系图，以一个样品为例，图中样品数据见下表1)；

表1

对采集的基础烃源岩样品进行有机碳含量测定：采用碳硫测定仪或碳测定仪，将样品磨碎至粒径小于0.2mm，称取适量(10mg左右)试样。在盛有试样的容器中缓慢加入过量的盐酸溶液，放在水浴锅或电热板上，温度控制在60℃-80℃，溶样2h以上，至反应完全为止。将酸处理过的试样置于抽滤器上的瓷坩埚里，用蒸馏水洗至中性。将盛有试样的瓷坩埚放入60℃-80℃的烘箱内，烘干待用。在烘干的盛有试样的瓷坩埚中加入铁屑助熔剂1g、钨粒助熔剂1g，人机交互界面输入试样质量，上机测定，得到的含量数值即为残余有机碳含量TOC_残余；

对采集的基础烃源岩样品采用X射线衍射进行粉末XRD“K值法”测量：将岩石样品粉碎、研磨成粉末，首先称取基础烃源岩样品粉末总质量，采用悬浮液等方法提取粒径小于10μm的粘土矿物，采用称量法得到粘土矿物的总量，记录粘土矿物总量进而得到粘土矿物总相对含量。然后，采用粉末XRD“K值法”测量各非粘土矿物的含量和/或粘土矿物总量，记录粘土矿物总量和/或各非粘土矿物的含量，计算各矿物的相对含量，进而得到粘土矿物和/或常见非粘土矿物相对含量；

建立初步的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图，确定趋势线，结合样品表观结果，根据正相关关系，识别偏离趋势线的异常数据点(有机碳含量达0.5％以上，热解烃量S₂仍十分低，其值均不大于0.10mg/g，甚至出现有机碳大于4％，而S₂小于0.1mg/g的情况)，确定其是否为外来有机质输入，并去除外来有机质的数据点，得到剔除外来有机质的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图，如图3所示，计算得到线性回归方程及回归系数，y＝0.4121x^0.8654，R²＝0.5186；

根据剔除外来有机质的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图，以及测得的可溶烃含量S₁、热解烃含量S₂，得到剔除外来有机质的残余有机碳含量TOC_残余；

步骤二、根据岩石热解参数T_max结合研究区烃源岩热成熟研究认识，对T_max＞410℃的样品进行原始有机碳含量恢复。恢复时，根据有机质成熟度T_max，利用如下公式得到原始有机碳：TOC_原始＝－4.518×10^-5×TOC_残余 ²+0.05151×TOC_残余－12.53；

步骤三、根据测定得到的粘土矿物含量、原始有机质丰度，建立并得到粘土矿物含量—原始有机质丰度交汇图，如图4所示，横坐标为粘土含量，采用线性刻度，刻度范围在0-100之间；纵坐标为原始有机碳含量TOC，采用对数刻度，刻度范围在0.1-100之间，确定趋势线，计算得到粘土矿物含量-原始有机碳的线性回归方程及回归系数，y＝0.183x^0.6603，R²＝0.5608；

步骤四、取待测区域采集的待测烃源岩样品，XRD“K值法”测定其粘土矿物含量，根据步骤三的回归方程和回归系数，得到碳酸盐岩类烃源岩的有效性，即当计算出的原始有机质丰度y≥0.5％时，该样品为有效烃源岩。

具体测得数据如表2(部分样品分析测试数据)所示。

表2

由上可见，本发明的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法能够较准确地判别碳酸盐岩类烃源岩的有效性，特别适用于海相碳酸盐岩盆地中碳酸盐岩类烃源岩有效性的判定。

Claims (7)

1.一种碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法，包括如下步骤：

步骤一、在待测区域采集多个基础烃源岩样品，对采集的基础烃源岩样品进行测定，得到残余有机质丰度TOC_残余、粘土矿物含量及有机质成熟度；

步骤二、根据有机质成熟度的参数，判定是否需要恢复原始有机质丰度TOC_原始，当需要进行恢复时，按照公式(1)恢复样品原始有机质丰度TOC_原始，当不需要恢复时，按照公式(2)将残余有机质丰度数据作为原始有机质丰度TOC_原始的数据；

TOC_原始＝－4.518×10^-5×TOC_残余 ²+0.05151×TOC_残余－12.53(1)

TOC_原始＝TOC_残余(2)

步骤三、根据测定得到的粘土矿物含量、原始有机质丰度TOC_原始，建立并得到粘土矿物含量—原始有机质丰度交汇图，确定趋势线，计算得到粘土矿物含量-原始有机质丰度的线性回归方程及回归系数；

步骤四、取待测区域采集的待测烃源岩样品，根据XRD“K值法”测定其粘土矿物含量，根据步骤三的回归方程和回归系数，得到原始有机质丰度，即得到碳酸盐岩类烃源岩的有效性；

所述残余有机质丰度TOC_残余的测定参数为剔除外来有机质的残余有机碳含量，相应的，所述原始有机质丰度TOC_原始的参数为原始有机碳含量。

2.根据权利要求1所述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法，其特征在于：在所述粘土矿物含量—原始有机质丰度交汇图中，横坐标为粘土矿物含量，采用线性刻度，刻度范围在0-100之间，纵坐标为原始有机碳含量，采用对数刻度，刻度范围在0.01-10之间。

3.根据权利要求1所述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法，其特征在于：所述有机质成熟度的参数为热解烃峰顶温度T_max。

4.根据权利要求3所述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法，其特征在于：判定是否需要恢复原始有机质丰度的标准为热解烃峰顶温度T_max是否大于410℃；当T_max＞410℃时，需要进行恢复，当成熟度T_max≤410℃时，不需要进行恢复。

5.根据权利要求4所述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法，其特征在于：所述步骤一包括：

对采集的基础烃源岩样品进行热脱附分析，得到可溶烃含量S₁；

对热脱附分析后的基础烃源岩样品进行热裂解分析，得到热解烃含量S₂、有机质成熟度的参数热解烃峰顶温度T_max；

对采集的基础烃源岩样品进行有机碳含量测定，得到的含量数值即为残余有机碳含量TOC_残余；

对采集的基础烃源岩样品进行粉末XRD“K值法”测量，得到粘土矿物含量；

建立初步的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图，确定趋势线，结合样品表观结果，根据正相关关系，识别偏离趋势线的异常数据点，确定其是否为外来有机质输入，并去除外来有机质的数据点，得到剔除外来有机质的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图；

根据剔除外来有机质的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图，以及测得的可溶烃含量S₁、热解烃含量S₂，得到剔除外来有机质的残余有机碳含量TOC_残余。

6.根据权利要求5所述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法，其特征在于：在所述初步的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图中或在所述剔除外来有机质的TOC_残余-(S₁+S₂)交汇图中，横坐标为有机碳TOC_残余，采用线性刻度，刻度范围在0-10之间，纵坐标为可溶烃量和热解烃量之和S₁+S₂，采用对数刻度，刻度范围在0.001-100之间。

7.根据权利要求1-6任一项所述的碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法，其特征在于：该碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断方法中，以氯仿沥青A或总烃HC替代有机碳含量TOC，按照方法步骤进行碳酸盐岩类烃源岩有效性的判断。