CN105044077B - 一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法以及该函数的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法以及该函数的应用，本发明建立在有机质激光拉曼实验及有机质碳分子的一阶振动原理之上，属激光拉曼技术在石油地质领域的应用。本发明可以很好地反映有机质热演化程度。通过求取RG‑S并定义当量镜质组反射率为cvRo，通过cvRo来描述有机质热成熟度。本发明不仅可以解决油浸、海侵对镜质体反射率的抑制作用，同时还可应用于无或少镜质体的海相沉积地层；此外还具有无需区分有机质显微组分(镜质体、惰质体)；另外，该方法所需样品量小，分析时间短的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法以及该函数的应用，本发明建立在有机质激光拉曼实验及有机质碳分子的一阶振动原理之上，属激光拉曼技术在石油地质领域的应用。
背景技术
镜质组反射率(vRo)是反映烃源岩和煤演化程度比较通用指标，是进行有机质生油气阶段划分的标尺。但这一参数的获取及有效性方面存在2个显著缺陷：(1)无法直接定量表征海相地层成熟度，由于海相沉积地层中普遍缺少镜质体，无法有效测定镜质组反射率；(2)受油浸影响严重，处于大量生油阶段的有机质，由于油浸作用，镜质体反射率普遍偏低，严重偏离实际热演化程度。此外，海侵作用也往往使得镜质体反射率偏低。除了上述2个主要缺点(内因)外，镜质体反射率测定对实验人员要求较高(外因)，需要准确分辨镜下镜质组、惰质组及壳质组。然而对于分散沉积有机质(泥岩、页岩等)，由于有机质碎片较小以及镜质组和惰质组的种类繁多，形态又有交叉，对各显微组分准确识别存在较大困难。上述几个原因也是长期以来一直困扰石油地质家、地球化学家如何准确、有效反映沉积有机质热演化程度的一项国际性难题。
上个世纪八十年代(1980s)以来，激光拉曼光谱在固体碳材料领域得到了广泛应用，主要通过D、G峰特征来研究固体碳材料的结构和性能。九十年代以来众多学者则主要研究D峰的成因以及不同焦炭的结构，同时也发现激光拉曼参数可以反映有机质热演化程度。如胡凯等人(1992，1993)报道了固体有机质拉曼光谱作为地质古温度计方面的应用，研究了在反射率(Rmax)由2.1％～14％的含碳沉积变质岩中拉曼光谱的“G‐D”峰位移差不断减少而“G/D”峰的面积比不断增加的现象；Kelemen等人(2001)和Zeng等人(2007)报道了烟煤与干酪根热演化实验产物拉曼光谱D峰和G峰的位移、峰宽、(D/G)比值的变化与样品热演化程度或实验样品的温度关系，认为碳化物质的拉曼光谱特征可以用作评价退化作用阶段(catagenesisstage)到变质作用阶段有机质的热演化程度，但尚未提供具体评价指标。刘德汉等人(2014)报道了煤及固体沥青拉曼光谱特征，并采用D峰与G峰间位移差(即，Glocation‐Dlocation)来表征成熟至高成熟阶段热演化程度，采用峰高比(即Dhight/Ghight)来反映过成熟至粒状石墨化以前的碳化固体有机质样品的热演化程度；该方法需要预先对样品的热演化程度进行一定的预判且其对低成熟样品的热演化程度表征存在一定的困难。
综上，用于反映沉积有机质热演化程度的常规镜质组反射率存在一定的局限性，而有机质激光拉曼光谱也可以反映沉积有机质热演化程度，且已有一些初步探讨，但尚未建立有机质激光拉曼光谱参数与沉积有机质热演化程度(涵盖镜质体、惰质体反射率)的定量关系。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足提供一种有机质热成熟度定量表征方法，实现对有机质成熟度表征。
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法，包括以下步骤：
步骤一
取m个陆相地层烃源岩样品为标样，对这m个标样进行编号，依次计为标样1、标样2、…标样i、…标样m；
步骤二
取标样1，并在标样1上选定1个扫描点，对该扫描点进行激光拉曼扫描，得到标样该扫描点的原始激光拉曼光谱图；所述标样该扫描点的原始激光拉曼光谱图具有原始D峰和原始G峰；所述原始D峰峰尖的横坐标A位于1000‐1500cm‐1之间，所述原始G峰峰尖的横坐标B位于1500‐2000cm‐1之间，且B的数值大于A的数值；激光拉曼扫描时其条件参数为：
激光的波长为A1nm、激光的功率为A2mW、曝光时间为A3s、扫描波数范围为500～2000cm‐1；
步骤三
扣除标样1该扫描点原始激光拉曼光谱图的背景，得到标样该点扣除背景后的激光拉曼光谱图，然后采用Lorentzian公式对标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中的D峰、G峰分别进行拟合；得到标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数以及得到标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰的拟合函数；
标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数的图形中，横坐标为拉曼位移、其取值范围为500～2500cm‐1，纵坐标为强度，单位为无量纲；
标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数的图形中，其最大纵坐标值为标样该点扣除背景后所得扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的峰高，计做D标1hight，D标1hight所对应的横坐标值计为xD标1hight；
标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰的拟合函数的图形中，横坐标为波数、其取值范围为500～2500cm‐1，纵坐标为强度，单位为无量纲；
标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰的拟合函数的图形中，其最大纵坐标值为标样该点扣除背景后所得扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰的峰高，计为G标1hight，G标1hight所对应的横坐标值计为xG标1hight；
定义
将xG标1hight代入标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数中，计算得到横坐标值为xG标1hight时，其纵坐标计算值，计为D.G标1high；
在[xD标1hight，xG标1hight]取值Xi，分别将Xi代入标样该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数和G峰拟合函数中；Xi代入标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数中，计算所对应的纵坐标值DXi(即D峰拟合函数中Xi所对应的Y值)，Xi代入标样该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰拟合函数中，计算所对应的纵坐标值GXi(即G峰拟合函数中Xi所对应的Y值)；当DXi‐GXi＝0时，DXi所对应值计为S标1hight；
步骤四
将步骤三所得G标1hight、D.G标1high、S标1hight代入公式(1)得到所取标样该扫描点的RG‐S标1值；
步骤五
在步骤一所取标样上重新确定n个扫描点，对每个扫描点按步骤一到四操作，得到以n个值，其分别记做(本发明中表示标样1的第n个扫描点的RG-S值)
令
求出
步骤六
以完成上述五个步骤的标样1为测量对象，测量出其镜质组反射率vRo；计为vRo标样1；
步骤七
重复步骤一至步骤五；分别得到
标样2的标样3的…….标样i的…….标样m的
重复步骤六，分别得到标样2的vRo标样2、标样3的vRo标样3…….标样i的vRo标样i…….标样m的vRo标样m；在本发明中vRo标样i表示第i号标样的镜质组反射率；
步骤八
定义步骤一所取任意一个陆相地层烃源岩样品的当量镜质组反射率为cvRo标样i；
令cvRo标样i＝vRo标样i；
将求出的带入公式(2)中，采用最小二乘法拟合求出a、b的值；
a,b的求取过程如下：，对于m个标准样品，存在：
对于多方程组的二元一次方程组的求解，普遍采用的是最小二乘法求取，即构建目标函数F，令当目标函数达到极小值时，对应的a，b即为满足方程的近似解；要使目标函数达到极小值，即目标函数F分别对a，b求偏导，并令偏导函数＝0；见公式(4)、公式(5)；
通过(4)和(5)即可求取a和b；
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法；步骤一中，激光的波长为457－830nm、优选为457‐760nm、进一步优选为488nm，激光的功率为5‐250mW、优选为10‐20mW、进一步优选为10mW，曝光时间为10‐50s、优选为10‐30s、进一步优选为20s。
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法，步骤一中，激光拉曼扫描时，控制观测物镜50倍。
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法，步骤四中n选自1‐100中任意一个自然数；优选为10‐50中任意一个自然数，进一步优选为10‐20中任意一个自然数。
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法，步骤一中，所述Lorentzian公式为常用公式，如软件origin中就自带该公式，其表达式为
公式(6)中A是扣除背景后，曲线下基线上的积分面积，w为待拟和峰的半高宽，x0为待拟和峰的峰值所对应对应的x值，y0为基线值，以x取值无限大时所对应的拉曼光谱强度。
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法，当步骤一中激光的波长为480nm(即A1＝480)、激光的功率为10mW(即A2＝10)、曝光时间为20S(即A3＝20)时，按照步骤一至七计算得出公式(2)中的
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法，也可只取2个标样，按上述步骤一到七，计算得出公式(2)中的a、b值，但为了避免一些误差，所取标样的总数m应大于等于10。
一种有机质热成熟度定量表征函数的应用，包括以下步骤：
步骤A
取试样并在所取试样上选定1个扫描点，对该扫描点进行激光拉曼扫描，得到该扫描点的原始激光拉曼光谱图；所述该扫描点的原始激光拉曼光谱图具有原始D峰和原始G峰；所述原始D峰峰尖的横坐标A位于1000‐1500cm‐1之间，所述原始G峰峰尖的横坐标B位于1500‐2000cm‐1之间，且B的数值大于A的数值；激光拉曼扫描时其条件参数为：
激光的波长为A1nm、激光的功率为A2mW、曝光时间为A3s、扫描波数范围为500～2000cm‐1；
步骤B
扣除所取试样该扫描点原始激光拉曼光谱图的背景，得到该点扣除背景后的激光拉曼光谱图，然后采用Lorentzian公式对该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中的D峰、G峰分别进行拟合；得到该图中D峰拟合函数、G峰拟合函数；
D峰拟合函数的图形中，横坐标为波数、其取值范围为500～2000cm‐1，纵坐标为强度，为无量纲；所述D峰拟合函数的图形中，其最大纵坐标值为D峰的峰高，其最大纵坐标值所对应的横坐标值计为xD峰高；G峰拟合函数的图形中，横坐标为波数、其取值范围为500～2000cm‐1，纵坐标为强度，为无量纲；所述G峰拟合函数中，其最大纵坐标值为G峰的峰高Ghight，其最大纵坐标值所对应的横坐标值计为
xG峰高；
定义
将xG峰高的数值代入D峰拟合函数，得到的值计为D.Ghight；
在[xD峰高，xG峰高]取值Xi，分别将Xi代入D峰拟合函数和G峰拟合函数中，Xi代入D峰拟合函数得到Xi在D峰拟合函数中所对应的纵坐标值DXi(即D峰拟合函数中Xi所对应的Y值)，Xi代入G峰拟合函数得到Xi在G峰拟合函数中所对应的纵坐标值GXi(即G峰拟合函数中Xi所对应的Y值)；当DXi‐GXi＝0时，DXi所对应值计为Shight；
步骤C
将步骤B所得Ghight、D.Ghight、Shight代入公式(1)得到样品该扫描点的RG‐S值；
步骤D
在步骤A所取样品上重新确定n个扫描点，对每个扫描点按步骤A到C操作，得到以n个值，其分别记做令
求出
步骤E
定义当量镜质组反射率为cvRo，
将步骤D求出的带入公式(3.1)中，求得当量镜质组反射率cvRo；
式(3.1)中，a、b通过公式(2)计算得出。
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；步骤A中所述样品选自陆相地层样品、海相地层样品、海陆交互相烃源岩样品中的至少一种。
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；步骤A中，步骤一中，激光的波长为457－830nm、优选为457‐760nm、进一步优选为488nm，且具体选定的激光波长值必须要与步骤一中设定的激光的波长完全相等。
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；步骤A中，激光的功率为5‐250mW、优选为10‐20mW、进一步优选为10mW，且具体选定的激光功率值必须要与步骤一中设定的激光的功率完全相等。
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；步骤A中，曝光时间为10‐50s、优选为10‐30s、进一步优选为20s；且具体选定的曝光时间必须要与步骤一中设定的曝光时间完全相等。
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；当步骤A中，激光的波长、激光的功率、曝光时间分别与步骤一中的激光的波长、激光的功率、曝光时间相等时，公式(2)所求的a、b值可用以公式(3)。
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；步骤A中，激光拉曼扫描时，控制观测物镜50倍。
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；步骤D中n选自1‐100中任意一个自然数；优选为10‐50中任意一个自然数，进一步优选为10‐20中任意一个自然数。
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；本当步骤A中激光的波长为480nm(即A1＝480)、激光的功率为10mW(即A2＝10)、曝光时间为20S(即A3＝20)时，公式(3)中的
本发明一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；所计算得到的当量镜质组反射率cvRo，其可信度高。
其可信度的验证实验为：
验证试验中激光的波长为480nm、激光的功率为10mW、曝光时间为20S时，
随机另外选取k个未知镜质组成熟度有机质样品(陆相地层样品)，通过步骤A‐E,分别求出当量镜质组反射率，再然后对这k个未知镜质组成熟度有机质样品在实验条件下，分析其镜质组反射率值(vRo)的数值，对比分析其计算当量镜质组反射率与其镜质组反射率值(vRo)的相关性，通过二者的高度相关说明本发明所设计的表征函数以及该表征函数应用时，所计算的值具有可靠性与可行性。
在对无镜质组组成或者未做镜质组反射率观测的有机质样品成熟度评价过程中，可以依据成熟度参数(RG‐S)计算求取cvRoi，实现与其他镜质组反射率值的对比，完成其成熟度的评价。
原理和优势：
本发明的有益效果：
本发明主要利用有机质显微激光拉曼光谱数据及该参数实现对有机质热演化程度的描述，基于碳分子的一阶振动与有机质热演化程度相关，而激光拉曼光谱可以有效反映碳分子的一阶振动情况的基本原原理。本发明采用Ghight+D.Ghight作为分子采用2·Shight作为分母，通过二者的比值来定义RG‐S是因为这一参数综合反映了D峰和G峰的峰高形态信息。本发明首次提出当量镜质组反射率为cvRo这一概念，并利用其来表征各个地层的成熟度；其理论依据在于有机质碳分子的一阶振动拉曼光谱信息反映分子结构，而分子结构随有机质热演化程度的增加是逐渐趋向有序排列。本发明从理论上来说只需通过公式(2)进行一次计算就能得出公式(3)中的a、b；计算出来的a、b可用计算任何地层条件下样品的成熟度，而且计算出来的当量镜质组反射率的可信度高。
本发明首次提出当量镜质组反射率为cvRo这一概念，并利用其来表征各个地层的成熟度，具有以下明显优势：
(1)实现海相地层无镜质组显微组分的有机质成熟度表征问题；(2)实现油浸及海侵情况下有机质成熟度准确定量表征；
(3)解决镜质组、惰质组显微组分的区分费时费力问题；
(4)分析样品量少(1‐3mm大小颗粒，10g左右)，与常规镜质组反射率测定需要样品量400g相比，大大节省样品量，使得可用分析地质样品范围得到显著扩充；
(5)样品无损性和分析时间短，分析后的样品可以用于其他测试，如显微镜下观测、FAMM测试等，一个测试点分析仅需30s左右，与常规镜质组反射率分析相比，大大缩短了样品分析周期。
所以，本发明具有明显的可靠性、通用性、经济性，因此，具有很好的推广应用前景。
附图说明
附图1标样1的原始激光拉曼光谱图；
附图2为附图1的原始拉曼光谱图经Lorentzian公式拟合后所得的拟合光谱曲线图；
附图3为原始激光拉曼光谱图与拟合光谱曲线图的对比图。
具体实施方式
本发明实施例中，实验仪器为invia全自动显微激光拉曼光谱仪，激光的波长为480nm、激光的功率为10mW、曝光时间为20s、扫描波数范围为500～2000cm‐1；每个样品分析点数为15～20个点。
本发明实施例中
一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法，包括以下步骤：
步骤一
取10个陆相地层烃源岩样品为标样，对这10个标样进行编号，依次计为标样1、标样2、……标样10；(即m＝10)
步骤二
取标样1，并在标样1上选定1个扫描点，对该扫描点进行激光拉曼扫描，得到标样该扫描点的原始激光拉曼光谱图；所述标样该扫描点的原始激光拉曼光谱图具有原始D峰和原始G峰；所述原始D峰峰尖的横坐标A位于1300‐1400cm‐1之间，所述原始G峰峰尖的横坐标B位于1550‐1650cm‐1之间，且B的数值大于A的数值；激光拉曼扫描时其条件参数为：
激光的波长为480nm、激光的功率为10mW、曝光时间为20s、扫描波数范围为500～2000cm‐1；
步骤三
扣除标样1该扫描点原始激光拉曼光谱图的背景，得到标样该点扣除背景后的激光拉曼光谱图，然后采用Lorentzian公式对标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中的D峰、G峰分别进行拟合；得到标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数以及得到标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰的拟合函数；
标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数的图形中，横坐标为拉曼位移、其取值范围为500～2500cm‐1，纵坐标为强度，单位为无量纲；
标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数的图形中，其最大纵坐标值为标样该点扣除背景后所得扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的峰高，计做D标1hight，D标1hight所对应的横坐标值计为xD标1hight；
标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰的拟合函数的图形中，横坐标为波数、其取值范围为500～2500cm‐1，纵坐标为强度，单位为无量纲；
标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰的拟合函数的图形中，其最大纵坐标值为标样该点扣除背景后所得扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰的峰高，计为G标1hight，G标1hight所对应的横坐标值计为xG标1hight；
定义
将xG标1hight代入标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数中，计算得到横坐标值为xG标1hight时，其纵坐标计算值，计为D.G标1high；
在[xD标1hight，xG标1hight]取值Xi，分别将Xi代入标样该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数和G峰拟合函数中；Xi代入标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数中，计算所对应的纵坐标值DXi(即D峰拟合函数中Xi所对应的Y值)，Xi代入标样该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰拟合函数中，计算所对应的纵坐标值GXi(即G峰拟合函数中Xi所对应的Y值)；当DXi‐GXi＝0时，DXi所对应值计为S标1hight；
步骤四
将步骤三所得G标1hight、D.G标1high、S标1hight代入公式(1)得到所取标样该扫描点的RG‐S标1值；
步骤五
在步骤一所取标样上重新确定n个扫描点，对每个扫描点按步骤一到四操作，得到以n个值，其分别记做令
求出
步骤六
以完成上述五个步骤的样品1为测量对象，测量出其镜质组反射率vRo；计为vRo标样1＝0.42
步骤七
重复步骤一至步骤五；分别得到标样2的标样3…..标样10的见下表1
重复步骤六，分别得到标样2的vRo标样2、标样3的vRo标样3、…...、标样10的vRo标样10详见见下表1；在本发明中vRo标样i表示第i号标样的镜质组反射率；
表1所选标样的实测vRo及其拉曼光谱参数RG‐S对比表
步骤八
定义步骤一所取任意一个陆相地层烃源岩样品的当量镜质组反射率为cvRo标样i；
令cvRo标样i＝vRo标样i；
将求出的带入公式(2)中，采用最小二乘法拟合求出a、b的值；
a,b的求取过程如下：对于10个标准样品，存在：
对于多方程的二元一次方程组的求解，普遍采用的是最小二乘法求取，即构建目标函数F，令当目标函数达到极小值时，对应的a，b即为满足方程的近似解；要使目标函数达到极小值，即目标函数F分别对a，b求偏导，并令偏导函数＝0；见公式(4)、公式(5)；
通过(4)和(5)即可求取a和b；
应用实施例1
该实施例中试样的样品成熟度差异大，分别来在不同的沉积盆地，主要来自于塔里木盆地、四川盆地、渤海湾盆地以及松辽盆地，其所属地层为从老至新均有分布，包括寒武系、志留系、石炭系、二叠系、侏罗系以及第三系地层的烃源岩样品。
步骤A
取试样并在所取试样上选定1个扫描点，对该扫描点进行激光拉曼扫描，得到该扫描点的原始激光拉曼光谱图；所述该扫描点的原始激光拉曼光谱图具有原始D峰和原始G峰；所述原始D峰峰尖的横坐标A位于1300‐1400cm‐1之间，所述原始G峰峰尖的横坐标B位于1550‐1650cm‐1之间，且B的数值大于A的数值；激光拉曼扫描时其条件参数为：
激光的波长为480nm、激光的功率为10mW、曝光时间为20s、扫描波数范围为500～2000cm‐1；
步骤B
扣除所取试样该扫描点原始激光拉曼光谱图的背景，得到该点扣除背景后的激光拉曼光谱图，然后采用Lorentzian公式对该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中的D峰、G峰分别进行拟合；得到该图中D峰拟合函数、G峰拟合函数；
D峰拟合函数的图形中，横坐标为波数、其取值范围为500～2000cm‐1，纵坐标为强度，为无量纲；所述D峰拟合函数的图形中，其最大纵坐标值为D峰的峰高，其最大纵坐标值所对应的横坐标值计为xD峰高；
G峰拟合函数的图形中，横坐标为波数、其取值范围为500～2000cm‐1，纵坐标为强度，为无量纲；所述所述G峰拟合函数中，其最大纵坐标值为G峰的峰高Ghight，其最大纵坐标值所对应的横坐标值计为
xG峰高；
定义
将xG峰高的数值代入D峰拟合函数，得到的值计为D.Ghight；
在[xD峰高，xG峰高]取值Xi，分别将Xi代入D峰拟合函数和G峰拟合函数中，Xi代入D峰拟合函数得到Xi在D峰拟合函数中所对应的纵坐标值DXi(即D峰拟合函数中Xi所对应的Y值)，Xi代入G峰拟合函数得到Xi在G峰拟合函数中所对应的纵坐标值GXi(即G峰拟合函数中Xi所对应的Y值)；当DXi‐GXi＝0时，DXi所对应值计为Shight；
步骤C
将步骤B所得Ghight、D.Ghight、Shight代入公式(1)得到样品该扫描点的RG‐S值；
步骤D
在步骤A所取样品上重新确定15个扫描点，对每个扫描点按步骤A到步骤C操作，得到以n个值，其分别记做令
求出
步骤E
定义当量镜质组反射率为cvRo，
将步骤D求出的带入公式(3.1)中，求得当量镜质组反射率cvRo；
式(3.1)中，a、b通过公式(2)计算得出cvRo＝0.84。
应用试验1结果的验证实验
通过现有镜质组反射率检测手段，检测，得出应用实施例1所用样品的vRo＝0.84。通过上述应用试验和验证试验发现本发明的可信度较高。
进一步的应用试验以及验证实验
其过程为：先检测得到试样的然后通过公式(3.1)算出cvRo；然后采用现有方法检测其vRo；具体结果见表2；
表2实施例1中cvRo与vRo对比表
通过表2发现，本发明计算得出的结果与采用现有方法测得的镜质组反射率(vRo)即为接近。这证明本发明具有高度的可信性。但本发明具有的优势为：高效便捷、不会破坏样品的结构。除此之外，本发明可以和计算机连接，通过计算机的高效计算、在很短时间内就得出所要结果。
为了说明本发明能适用于无镜质组海相有机质成熟度的描述；做了下面一系列的实验：
选取了塔里木盆地奥陶系黑土凹组的10组烃源岩样品，按照本发明检测和计算得出不同样的和cvRo见表3；
表3塔里木盆地奥陶系黑土凹组烃源岩样品中cvRo与结果表
通过计算得到的镜质体反射率值与地质实际对比发现，塔里木盆地奥陶系地层有机质成熟度普遍较高，大部分地区处于过成熟阶段(即vRo>2％)，局部处于高成熟阶段(即vRo处于1.72～2％)，通过分析得到的计算的当量镜质组反射率(cvRo)与地质实际对比发现，计算的当量镜质组反射率基本符合地质实际。
说明通过激光拉曼成熟度参数可以有效地描述有机质的热演化程度。表明可以用激光拉曼参数表征有机质热演化程度且可以与镜质体反射率参数进行对比，能有效表征有机质热演化程度。此外，采用这一模型，镜下无需区分镜质体和惰质体，具有更为广泛的应用。
Claims (10)
1.一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一
取m个陆相地层烃源岩样品为标样，对这m个标样进行编号，依次计为标样1、标样2、…标样i、…标样m；
步骤二
取标样1，并在标样1上选定1个扫描点，对该扫描点进行激光拉曼扫描，得到标样该扫描点的原始激光拉曼光谱图；所述标样该扫描点的原始激光拉曼光谱图具有原始D峰和原始G峰；所述原始D峰峰尖的横坐标A位于1000‐1500cm‐1之间，所述原始G峰峰尖的横坐标B位于1500‐2000cm‐1之间，且B的数值大于A的数值；激光拉曼扫描时其条件参数为：
激光的波长为A1nm、激光的功率为A2mW、曝光时间为A3s、扫描波数范围为500～2000cm‐1；
步骤三
扣除标样1该扫描点原始激光拉曼光谱图的背景，得到标样该点扣除背景后的激光拉曼光谱图，然后采用Lorentzian公式对标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中的D峰、G峰分别进行拟合；得到标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数以及得到标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰的拟合函数；
标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数的图形中，横坐标为拉曼位移、其取值范围为500～2500cm‐1，纵坐标为强度，单位为无量纲；
标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数的图形中，其最大纵坐标值为标样该点扣除背景后所得扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的峰高，计做D标1hight，D标1hight所对应的横坐标值计为xD标1hight；
标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰的拟合函数的图形中，横坐标为波数、其取值范围为500～2500cm‐1，纵坐标为强度，单位为无量纲；
标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰的拟合函数的图形中，其最大纵坐标值为标样该点扣除背景后所得扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰的峰高，计为G标1hight，G标1hight所对应的横坐标值计为xG标1hight；
定义
将xG标1hight代入标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数中，计算得到横坐标值为xG标1hight时，其纵坐标计算值，计为D.G标1high；
在[xD标1hight，xG标1hight]取值Xi，分别将Xi代入标样该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数和G峰拟合函数中；Xi代入标样1该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中D峰的拟合函数中，计算所对应的纵坐标值DXi，Xi代入标样该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中G峰拟合函数中，计算所对应的纵坐标值GXi；当DXi‐GXi＝0时，DXi所对应值计为S标1hight；
步骤四
将步骤三所得G标1hight、D.G标1high、S标1hight代入公式(1)得到所取标样该扫描点的RG‐S标1值；
步骤五
在步骤一所取标样上重新确定n个扫描点，对每个扫描点按步骤一到三操作，得到以n个值，其分别记做
令
求出
步骤六
以完成上述5个步骤的标样1为测量对象，测量出其镜质组反射率vRo；计为vRo标样1；
步骤七
重复步骤一至步骤五；分别得到
标样2的标样3的…….标样i的…….标样m的
重复步骤六，分别得到标样2的vRo标样2、标样3的vRo标样3…….标样i的vRo标样i…….标样m的vRo标样m；
步骤八
定义步骤一所取任意一个陆相地层烃源岩样品的当量镜质组反射率为cvRo标样i；
令cvRo标样i＝vRo标样i；
将求出的带入公式(2)中，采用最小二乘法拟合求出a、b的值；
a,b的求取过程如下：对于m个标准样品，存在：
对于多方程组的二元一次方程组的求解，普遍采用的是最小二乘法求取，即构建目标函数F，令当目标函数达到极小值时，对应的a，b即为满足方程的近似解；要使目标函数达到极小值，即目标函数F分别对a，b求偏导，并令偏导函数＝0；见公式(4)、公式(5)；
通过(4)和(5)即可求取a和b；
2.根据权利要求1所述的一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法；其特征在于：步骤一中，激光的波长为457－830nm，激光的功率为5‐250mW，曝光时间为10‐50s。
3.根据权利要求1所述的一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法；其特征在于：步骤一中，激光拉曼扫描时，控制观测物镜50倍。
4.根据权利要求1所述的一种有机质热成熟度定量表征函数的获取方法；其特征在于：步骤五中n选自1‐100中任意一个自然数。
5.一种如权利要求1‐4任意一项所获取的有机质热成熟度定量表征函数的应用，包括以下步骤：
步骤A
取试样并在所取试样上选定1个扫描点，对该扫描点进行激光拉曼扫描，得到该扫描点的原始激光拉曼光谱图；所述该扫描点的原始激光拉曼光谱图具有原始D峰和原始G峰；所述原始D峰峰尖的横坐标A位于1000‐1500cm‐1之间，所述原始G峰峰尖的横坐标B位于1500‐2000cm‐1之间，且B的数值大于A的数值；激光拉曼扫描时其条件参数为：
激光的波长为A1nm、激光的功率为A2mW、曝光时间为A3s、扫描波数范围为500～2000cm‐1；
步骤B
扣除所取试样该扫描点原始激光拉曼光谱图的背景，得到该点扣除背景后的激光拉曼光谱图，然后采用Lorentzian公式对该点扣除背景后的激光拉曼光谱图中的D峰、G峰分别进行拟合；得到该图中D峰拟合函数、G峰拟合函数；
D峰拟合函数的图形中，横坐标为波数、其取值范围为500～2000cm‐1，纵坐标为强度，为无量纲；所述D峰拟合函数的图形中，其最大纵坐标值为D峰的峰高，其最大纵坐标值所对应的横坐标值计为xD峰高；
G峰拟合函数的图形中，横坐标为波数、其取值范围为500～2000cm‐1，纵坐标为强度，为无量纲；所述G峰拟合函数中，其最大纵坐标值为G峰的峰高Ghight，其最大纵坐标值所对应的横坐标值计为xG峰高；
定义
将xG峰高的数值代入D峰拟合函数，得到的值计为D.Ghight；
在[xD峰高，xG峰高]取值Xi，分别将Xi代入D峰拟合函数和G峰拟合函数中，Xi代入D峰拟合函数得到Xi在D峰拟合函数中所对应的纵坐标值DXi，Xi代入G峰拟合函数得到Xi在G峰拟合函数中所对应的纵坐标值GXi；
当DXi‐GXi＝0时，DXi所对应值计为Shight；
步骤C
将步骤B所得Ghight、D.Ghight、Shight代入公式(1)得到样品该扫描点的RG‐S值；
<mrow>
<msub>
<mi>R</mi>
<mrow>
<mi>G</mi>
<mo>-</mo>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>G</mi>
<mrow>
<mi>h</mi>
<mi>i</mi>
<mi>g</mi>
<mi>h</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<mi>D</mi>
<mo>.</mo>
<msub>
<mi>G</mi>
<mrow>
<mi>h</mi>
<mi>i</mi>
<mi>g</mi>
<mi>h</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msub>
<mi>S</mi>
<mrow>
<mi>h</mi>
<mi>i</mi>
<mi>g</mi>
<mi>h</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
步骤D
在步骤A所取样品上重新确定n个扫描点，对每个扫描点按步骤A到步骤C的操作，得到以n个值，其分别记做
令
求出
步骤E
定义当量镜质组反射率为cvRo，
将步骤D求出的带入公式(3.1)中，求得当量镜质组反射率cvRo；
<mrow>
<mover>
<msub>
<mi>R</mi>
<mrow>
<mi>G</mi>
<mo>-</mo>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mo>=</mo>
<mi>a</mi>
<mi>ln</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>c</mi>
<mi>v</mi>
<mi>R</mi>
<mi>o</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<mi>b</mi>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>3.1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(3.1)中，a、b通过公式(2)计算得出。
6.根据权利要求5所述的一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；其特征在于：步骤A中所述烃源岩样品选自陆相地层烃源岩样品、海相地层烃源岩样品、海陆交互相地层烃源岩样品中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；其特征在于：步骤A中，激光的波长为457－830nm，且具体选定的激光的波长值必须要与步骤一中设定的激光的波长完全相等。
8.根据权利要求5所述的一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；其特征在于：步骤A中，激光的功率为5‐250mW，且具体选定的激光功率必须要与步骤一中设定的激光的功率完全相等。
9.根据权利要求5所述的一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；其特征在于：
步骤A中，曝光时间为10‐50s，且具体选定的曝光时间必须要与步骤一中设定的曝光时间完全相等；
步骤A中，激光拉曼扫描时，控制观测物镜50倍。
10.根据权利要求5所述的一种有机质热成熟度定量表征函数的应用；其特征在于：步骤D中n选自1‐100中任意一个自然数。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Inventor after: Liu Min Inventor after: Bo Qunhe Inventor after: Zhou Xulin Inventor after: He Jianze Inventor after: Mao Danglong Inventor after: Shi Chenghua Inventor after: Wang Min Inventor before: Wang Min |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171030 Address after: 410011 Hunan province Changsha Yuhua District, Furong Road two No. 223 Co-patentee after: China Petroleum University (East China) Patentee after: Hunan Institute of land and resources planning Address before: 266580 Qingdao economic and Technological Development Zone, Changjiang Road, No. 66, Shandong Patentee before: China Petroleum University (East China) |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171024 Termination date: 20180624 |
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