CN106885815B - 一种基于砂岩中元素xrf法判别沉积环境的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于砂岩中元素XRF法判别沉积环境的方法，包括如下步骤：1）以X射线光谱仪对砂岩的岩心进行测试并获取各元素在岩心中的百分比含量的数据；2）对每种元素与油田钻井同时测得砂岩的岩心的GR值进行相关分析，找出与GR值相关性好的元素，以及对应的相关性公式；3）根据步骤2）中得到的相关性，将每种元素的百分比含量用对应的GR值进行标准化，消除泥质多少对元素百分比含量的影响；4）利用标准化后的特征元素以及特征元素的比值判断指示沉积环境的变化。本发明的方法能够消除不同沉积微相砂岩储层中，泥质的百分比含量对元素的影响，从而利用砂岩中元素判断古沉积环境。
Description
技术领域
本发明涉及地球化学及沉积学领域，利用XRF方法判别沉积环境。
背景技术
沉积岩中的微量元素与其形成环境有密切关系。在沉积过程中，沉积物与水介质之间有着复杂的地球化学平衡，如沉积物对某些元素的吸附及沉积物与水介质之间的元素交换等。这种吸附和交换作用除与元素本身性质有关外，还受到沉积介质物理化学条件的影响，而不同沉积环境的水介质有不同的物理化学条件，元素的分散与聚集的规律也不相同，这就为利用沉积物微量元素进行古环境分析提供了理论依据。通过对沉积岩中微量元素百分比含量及分布，尤其是一些相关元素比值的研究，可以推断当时的沉积环境，反演沉积时期的地质条件。
X射线荧光光谱分析(XRF)在20世纪末已广泛地应用于地质、冶金、环境、化工、材料等领域中元素的分析,并在大规模地球化学勘探和国际地球化学填图的多元素分析中成为最快速、最经济的主导方法。由于常规的XRF分析不能完全满足定量与高分辨率分析要求,XRF岩芯扫描分析方法便逐步发展起来。XRF岩芯扫描分析方法是直接扫描岩芯剖面得到元素百分比含量的相对变化,根据其中指示性元素的百分比含量及元素之间比率的变化,不仅用于推断环境变化、成岩过程、污染物质的输入等,而且可以帮助解释沉积的相互性和研究沉积过程。因此,可根据元素百分比含量的波动用来研究当时地球化学特征及环境的变化情况,重建其古环境或古气候,达到高分辨率分析的效果。
前人在利用微量元素判别沉积环境方面已经取得了大量的成果，但主要集中在泥页岩中，如：公开了X射线荧光光谱分析测定泥页岩中元素百分比含量。水体越深溶解氧含量相对越高，海水中Mn2+被氧化，以 Mn(Ⅳ)的氧化物或氢氧化物沉淀下来。Ti是一种较稳定的元素，很难形成可溶性化合物，所以海水中Ti的含量很低，沉积物中Ti主要来自陆源碎屑物质，根据Mn和Ti两种元素的特征差异性，Mn/Ti比值可以判断水体的深浅，比值越大水体越深，反之则反（[1]梁文君,肖传桃,肖胜. 川西地区中二叠世-中三叠世微量、常量元素与古环境、古气候关系研究[J]. 科学技术与工程,2015,11:14-24. [2]程文斌,顾雪祥,胡修棉,李有核,董树义. 现代大洋红色粘土与白垩纪大洋红层元素地球化学对比[J]. 地质学报,2008,01:37-47.）。
在潮湿气候条件下，Mn的含量较低，Mn在湖水中常以Mn2+稳定存在，当湖水强烈蒸发而使Mn2+浓度饱和时，它会大量沉淀，从而在岩石中显示高值。而Fe在潮湿的环境下易以Fe（OH）胶体状态快速沉淀，因而Fe/Mn可以很好的反应气候，比值高说明气候潮湿，比值低表明气候干旱。Ca、Mg含量可以指示气候，在干旱气候下由于水分的蒸发，水介质的碱性增强，水中的Ca、Mg元素会被大量析出，发生沉淀，所以它们的含量增高，即Ca、Mg含量高表明气候干旱（[3]李智超,李文厚,赖绍聪,李永项,李玉宏,尚婷. 渭河盆地古近系细屑岩的古盐度分析[J]. 沉积学报,2015,03:480-485.[4]李仁泽,刘成东,李志文,梁良. 巴音塔拉凹陷呼和砂岩型铀矿床微量元素地球化学特征[J]. 铀矿地质,2015,04:438-444+466.[5]张茂盛,胡晓静. 微量元素在地质沉积环境中的应用[J]. 光谱仪器与分析,2001,04:19-21.）；
Sr元素在搬运过程中不易于沉淀，只有在大量Sr元素随水流富集到较深水位时，才会析出被泥质颗粒吸附，或者干旱气候下大量析出，并被泥质颗粒吸附。Ca元素活泼性差，迁移能力要低的多，同时Ca的氢氧化物主要在PH=5的弱酸性介质中沉淀，在淡水中比在海洋条件下更容易富集，前人根据Sr和Ca的这种富集差异性，利用Sr/Ca比值判断古盐度，Sr/Ca 越大指示盐度越高（[6]陈洪德,李洁,张成弓,程立雪,程礼军. 鄂尔多斯盆地山西组沉积环境讨论及其地质启示[J]. 岩石学报,2011,08:2213-2229.[7]杜轶伦,曹毅,李大鹏,高志伟. 安徽铜陵志留系—三叠系地层层序地层和微量元素地球化学:对沉积环境的约束[J]. 现代地质,2014,02:281-291.）。
目前砂岩中元素主要用来区分区域构造背景。泥页岩的主要成分为细粒沉积物，而砂岩中细粒沉积物百分比含量在10%左右。由于大多数微量元素都吸附在细粒沉积物的表面，因此砂岩中微量元素的百分比含量除了受到古沉积环境影响外，还与砂岩中细粒沉积物（泥质）百分比含量密切相关，所以利用砂岩中常量、微量元素进行环境判别时，首先要剔除掉砂岩中的细粒沉积物（泥质）百分比含量对元素的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有技术中没有基于砂岩中元素判别沉积环境的方法。
本发明提供一种基于砂岩中元素XRF法判别沉积环境的方法，包括如下步骤：
1）以X射线光谱仪对砂岩的岩心进行测试并获取各元素在岩心中的百分比含量的数据；
2）对每种元素与油田钻井同时测得砂岩的岩心的GR值进行相关分析，找出与GR值相关性好的元素，以及对应的相关性公式；
3）根据步骤2）中得到的相关性，将每种元素的百分比含量用对应的GR值进行标准化，消除泥质多少对元素百分比含量的影响；
4）利用标准化后的特征元素以及特征元素的比值判断指示沉积环境的变化。
优选地，上述的基于砂岩中元素XRF法判别沉积环境的方法，包括如下步骤：
1）以X射线光谱仪对砂岩的岩心进行测试并获取Mg、Sr、Mn、Ti、Fe和Ca在岩心中的百分比含量的数据；
2）对Mg、Sr、Mn、Ti、Fe、Ca的百分比含量与油田钻井同时测得砂岩的岩心的GR值进行相关性分析得出：Ca百分比含量与GR无相关性，Mg、Sr、Mn、Ti、Fe的百分比含量与GR呈线性正相关；
3）根据步骤2）中的相关性对元素进行标准化：以Mg的百分比含量、Sr的百分比含量分别除以对应的GR值；得到标准化后的Mg的百分比含量和标准化后的Sr的百分比含量；
4）做出Sr的百分比含量、Mn的百分比含量/Ti的百分比含量、Fe的百分比含量/Mn的百分比含量、Ca的百分比含量、标准化后的Mg的百分比含量、标准化后的Sr的百分比含量/Ca的百分比含量随取岩心的井内深度的变化曲线；
5）根据标准化后的Sr的百分比含量、Mn的百分比含量/Ti的百分比含量、Fe的百分比含量/Mn的百分比含量判断古水深，根据Ca的百分比含量、标准化后的Mg的百分比含量、Fe的百分比含量/Mn的百分比含量判断古气候，根据标准化后的Sr的百分比含量/Ca的百分比含量判别古盐度。
根据权利要求1或2所述的基于砂岩中元素XRF法判别沉积环境的方法，其特征在于，步骤1）前还包括以毛刷将砂岩的岩心表面清洁干净的步骤。
本发明的方法能够消除不同沉积微相砂岩储层中，泥质的百分比含量对元素的影响，从而利用砂岩中元素判断古沉积环境。
附图说明
图1A为本发明实例中Mg元素的百分比含量与GR相关性分析图；
图1B为本发明实例中Fe元素的百分比含量与GR相关性分析图；
图1C为本发明实例中Sr元素的百分比含量与GR相关性分析图；
图1D为本发明实例中Ti元素的百分比含量与GR相关性分析图；
图1E为本发明实例中Mn元素的百分比含量与GR相关性分析图；
图1F为本发明实例中Ca元素的百分比含量与GR相关性分析图；
图2为本发明实例中校正前后古水深判断结果对比图；
图3为本发明实例中校正前后古气候判断结果对比图；
图4为本发明实例中校正前后古盐度判断结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
研究区位于西湖凹陷东北部，通过岩心观察，研究区主要发育大套厚层砂岩储层。由于研究区钻井数量少，不同学者对研究区沉积相类型观点不一，主要有两种观点：辫状河沉积相、辫状河三角洲沉积相。采用本发明的方法，对研究区目的层岩心进行元素密集测试，得出研究区目的层沉积环境，为沉积相判别提供依据。
第一步，研究区为低渗-致密砂岩气藏，岩心中基本无沥青及原油残存，并进行剖面切割处理，表面无污染，测试前用毛刷清理干净岩心表面的浮土即可（将岩心表面清洗干净，不要用自来水或者矿泉水去洗，也不要用湿抹布去擦，避免将外界元素附着到岩心表面，影响检测结果）。采用美国Innov-X（伊诺斯）DELTA系列矿石分析仪对清理干净的岩心进行连续测试（小的间距测数据，具体根据实验者的需要来定）。根据前人研究，选取Sr、Mn/Ti、Fe/Mn判断古水深，选取Ca、Mg、Fe/Mn判断古气候，选取Sr/Ca判别古盐度。测得Mg、Sr、Mn、Ti、Fe、Ca的百分比含量。
第二步，对所选元素与油田钻井同时测得砂岩的岩心的GR值进行相关性分析得出：Ca百分比含量与GR值基本无相关性（图1F），其它元素（Mg、Sr、Mn、Ti、Fe）的百分比含量与GR值呈线性正相关（图1A~图1E）；
第三步，根据第二步中的相关性对元素进行标准化，研究区主要为线性正相关，所以标准化时用（Mg、Sr、Mn、Ti、Fe）的百分比含量值直接除以对应的GR值即可；对元素比值（Mn/Ti、Fe/Mn）进行标准化时，与泥质百分比含量之间为线性正相关的两个元素在做比值时，分子和分母中泥质百分比含量的影响会抵消，所以标准化前后的值结果相同；而如果有Ca参与比值时（Sr/Ca），其它元素（Sr）需要用校正后的值。
第四步，根据第三步的结果，做出标准化前后元素及元素比值随取岩心的井内深度的变化曲线；
根据第五步的结果，判断研究区取心段的古沉积环境。
3600m-3610m深度（井里面取岩心的深度）区间，校正之前Sr值偏小，指示其水深相对较浅，而Fe/Mn偏小、Mn/Ti比值偏大，指示水体相对较深，两种判别结果相矛盾。校正后的Sr在此深度区间百分比含量相对偏大，与Fe/Mn、Mn/Ti所示结果一致（如图2所示）；此深度段，Ca、Mg百分比含量相对偏低，指示相对干旱环境，而Fe/Mn比值偏小，指示相对温湿的环境，两者同样矛盾。校正后的Ca、Mg百分比含量在此深度段相对偏高，与Fe/Mn比值的判别结果一致（如图3所示）。
3990m-3995m深度段与3600m-3610m深度段的情况相反，校正之前Sr值偏大，指示其水深相对较深，而Fe/Mn偏大、Mn/Ti比值偏小，指示水体相对较浅，两种结果矛盾。校正后的Sr在这一段百分比含量相对偏小，与Fe/Mn、Mn/Ti所反映的结果一致，说明此时的水体深度相对较浅（如图2所示）； Ca、Mg百分比含量相对偏高，指示相对温湿环境，而Fe/Mn比值偏高，指示相对干旱的环境，两者同样矛盾。校正后的Ca、Mg百分比含量在此深度段是相对偏低的，与Fe/Mn比值的判别结果一致，指示一种干旱的环境（如图3所示）。
Sr/Ca比值在判断古盐度时，标准化后的数值明显比标准化前稳定，标准化前的歧义值标准化后大多得以消除，说明这些点主要是测试段泥质百分比含量的差异引起的，而不是古盐度的变化引起的（如图4所示）。
综上所述，砂岩储层中元素对环境的判别结果标准化前后差异明显，应用本发明所述方法所得结果更可靠。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (2)
1.一种基于砂岩中元素XRF法判别沉积环境的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1-a）以毛刷将砂岩的岩心表面清洁干净；
1）以X射线光谱仪对砂岩的岩心进行测试并获取各元素在岩心中的百分比含量的数据；
2）对每种元素与油田钻井同时测得砂岩的岩心的GR值进行相关分析，找出与GR值相关性好的元素，以及对应的相关性公式；
3）根据步骤2）中得到的相关性，将每种元素的百分比含量用对应的GR值进行标准化，消除泥质多少对元素百分比含量的影响；
4）利用标准化后的特征元素以及特征元素的比值判断指示沉积环境的变化。
2.根据权利要求1所述的基于砂岩中元素XRF法判别沉积环境的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1-a）以毛刷将砂岩的岩心表面清洁干净；
1）以X射线光谱仪对砂岩的岩心进行测试并获取Mg、Sr、Mn、Ti、Fe和Ca在岩心中的百分比含量的数据；
2）对Mg、Sr、Mn、Ti、Fe、Ca的百分比含量与油田钻井同时测得砂岩的岩心的GR值进行相关性分析得出：Ca百分比含量与GR无相关性，Mg、Sr、Mn、Ti、Fe的百分比含量与GR呈线性正相关；
3）根据步骤2）中的相关性对元素进行标准化：以Mg的百分比含量、Sr的百分比含量分别除以对应的GR值；得到标准化后的Mg的百分比含量和标准化后的Sr的百分比含量；
4）做出Sr的百分比含量、Mn的百分比含量/Ti的百分比含量、Fe的百分比含量/Mn的百分比含量、Ca的百分比含量、标准化后的Mg的百分比含量、标准化后的Sr的百分比含量/Ca的百分比含量随取岩心的井内深度的变化曲线；
5）根据标准化后的Sr的百分比含量、Mn的百分比含量/Ti的百分比含量、Fe的百分比含量/Mn的百分比含量判断古水深，根据Ca的百分比含量、标准化后的Mg的百分比含量、Fe的百分比含量/Mn的百分比含量判断古气候，根据标准化后的Sr的百分比含量/Ca的百分比含量判别古盐度。
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