CN107449643A - 一种碳酸盐岩地层的碳、氧同位素分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳酸盐岩地层的碳、氧同位素分析方法，其包括将碳酸盐岩地层中的岩屑样品进行采集处理后，进行碳、氧同位素值测定。本发明方法不仅克服了岩屑样品不能用于碳酸盐岩地层的碳、氧同位素分析的技术偏见，而且为将碳同位素地层学用于钻井碳酸盐岩全井段、特别是钻井碳酸盐岩“哑地层”研究奠定了基础。本发明还涉及一种识别碳酸盐岩地层单元的方法，通过该方法建立了碳酸盐岩地层不同地层单元的碳、氧同位素值对比标准，为识别碳酸盐岩地层单元提供了理论依据。

Description

一种碳酸盐岩地层的碳、氧同位素分析方法
技术领域
本发明属于碳同位素地层学研究技术领域，具体涉及一种碳酸盐岩地层的碳、氧同位素分析方法。
背景技术
开展碳酸盐岩地层碳同位素地层学研究的第一步，也是最关键的一步就是采集合格样品。开展碳酸盐岩地层碳同位素地层学研究对样品的要求有两个方面，一是根据研究需要设计取样间隔或密度系统取样，二是要求采集无蚀变、无风化、无外来物混入、无成岩作用影响的原地且原生碳酸盐岩样品。
以往采集的碳酸盐岩的碳、氧同位素样品均来自露头剖面或钻井岩心，采样间隔为0.2-2m不等。由于在野外露头剖面上或钻井岩心上可以直接用肉眼看清楚所采集样品，因此，现有采集处理野外露头剖面或钻井岩心样品的技术很简单，只需选取未受后期蚀变和变质作用影响的样品，即采集无蚀变、无风化的新鲜样品，并尽可能避免后期成岩作用的影响。但是，由于钻井取心成本耗费很大，因此，钻井取心极其有限，从而限制了碳同位素地层学在钻井碳酸盐岩地层全井段研究中的应用。
钻井岩屑在钻井过程中产生并进行了全井段系统收集，其获取途径简单方便，但是，由于钻井碳酸盐岩地层的岩屑中混入了不少非原地且非原生的碎屑及细粒物质而不能直接用于碳、氧同位素的检测，使得钻井岩屑未被用于碳酸盐岩地层碳、氧同位素分析中。
因此，目前存在的问题是急需研究开发一种可用于碳酸盐岩全井段研究的碳酸盐岩地层的碳、氧同位素分析方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种碳酸盐岩地层的碳、氧同位素分析方法。该方法采用不能直接用于碳、氧同位素检测的岩屑样品，通过对岩屑样品进行采集处理，将岩屑样品中的非原地且非原生碎屑及肉眼不能分辨的各种细粒物质剔除，只将原地且原生的碳酸盐岩岩屑挑选出来，得到可直接用于碳酸盐岩地层碳、氧同位素值测定的岩屑样品，进行碳、氧同位素分析。本发明方法不仅克服了岩屑样品不能用于碳酸盐岩地层的碳、氧同位素分析的技术偏见，而且为将碳同位素地层学用于钻井碳酸盐岩全井段、特别是钻井碳酸盐岩“哑地层”研究奠定了基础。本发明还提供了一种识别碳酸盐岩地层单元的方法，通过该方法建立了碳酸盐岩地层的不同地层单元的碳、氧同位素值对比标准，为识别碳酸盐岩地层单元提供了理论依据。
为此，本发明第一方面提供了一种碳酸盐岩地层的碳、氧同位素分析方法，其包括将碳酸盐岩地层中的岩屑样品进行采集处理后，进行碳、氧同位素值测定。
根据本发明方法，所述采集处理的方法包括：
步骤A，按钻井深度由深及浅的顺序分别采集碳酸盐岩地层研究层段不同钻井深度的岩屑样品；
步骤B，分别对不同钻井深度的岩屑样品进行过滤处理和干燥处理，制得不同钻井深度的岩屑样品粗品；
步骤C，分别对不同钻井深度的岩屑样品粗品进行筛选处理，制得不同钻井深度的目标岩屑样品。
根据本发明方法，所述研究层段为根据研究需要确定的层段。例如，需要研究奥陶系碳酸盐岩地层的碳、氧同位素值变化特征，则奥陶系碳酸盐岩地层为研究层段。对于不同的井而言，奥陶系碳酸盐岩地层的深度范围不同。
根据本发明方法，在步骤A中，所述岩屑样品的采样深度间隔可以根据研究需要在3-25m范围内任意选取。在本发明的一些实施例中，所述岩屑样品的采样深度间隔为6-15m。在本发明的另一些实施例中，所述岩屑样品的采样深度间隔为3-6m。
在本发明的一些实施例中，所述岩屑样品在每个钻井深度的采样质量为30-40g。
根据本发明方法，所述岩屑样品的采样数量根据研究层段的深度范围与采样深度间隔确定。例如，需要研究奥陶系碳酸盐岩地层在6000-6050m的碳、氧同位素值变化特征，若采样深度间隔均取5m，则该研究层段的岩屑样品的采样数量为10。
由于岩屑样品的采样数量较多，为了方便后续分析，本发明中将采集得到的岩屑样品分别编号并登记井深。
根据本发明方法，在步骤B中，所述过滤处理优选为清洗过筛处理；所述清洗过筛处理所用试剂为蒸馏水。
在本发明的一些实施例中，在对不同钻井深度的岩屑样品进行清洗过筛处理后，需将岩屑样品分别装入与其一一对应的已编号的专用塑料盒中，以防不同钻井深度的岩屑样品混样。
根据本发明方法，在完成一个钻井深度的岩屑样品的清洗过筛处理后，再进行下一个钻井深度的岩屑样品的清洗过筛处理。在进行下一个钻井深度的岩屑样品的清洗过筛处理前，需将筛子用蒸馏水清洗干净，确保筛子中没有残留岩屑或碎屑物质，以防不同钻井深度的岩屑样品混样。
根据本发明方法，对岩屑样品进行清洗过筛处理的目的有两个：一是通过清洗将岩屑样品表面的泥浆等杂质清洗干净，以便用肉眼(或放大镜或实体显微镜)对不同类别的碎屑能分辨清楚；二是通过过筛将肉眼不能分辨清楚的细粒物质全部清除掉，所述细粒物质是泥浆、岩屑、裂缝或缝合线之间的填隙物或胶结物和外来岩屑等多种物质组成的混合体，它们的大小不容易区分，只有通过清洗过筛的方法才能将其剔除干净。
根据本发明方法，在步骤B中，所述干燥处理的时间为3-5天；所述干燥处理的温度为室温。经过滤处理和干燥处理后，所得不同钻井深度的岩屑样品粗品的粒度小于40目。
在本发明的一些实施例中，在对岩屑样品进行干燥处理时，需在不通风的环境下进行，以防不同钻井深度的岩屑样品的混样。
根据本发明方法，在步骤C中，对不同钻井深度的岩屑样品粗品进行筛选处理在实体显微镜下进行，其目的是筛选出符合要求的碳、氧同位素目标岩屑样品。具体方法如下：将一包已进行干燥处理后的岩屑样品粗品倒在边长为15cm的专用正方形载玻片上，并用专门镊子将其慢慢平铺在载玻片上，然后放在实体显微镜的载物台上进行筛选，将岩屑样品粗品中的非原地且非原生的碎屑全部挑出。
本发明所述实体显微镜为本领域常规仪器，例如，上海蔡康光学仪器有限公司生产的ZOOM-500C型实体显微镜。
本发明所述非原地且非原生的碎屑包括泥浆颗粒、其它软地层井段的掉屑、蚀变岩屑、次生岩屑、外来岩屑及其它可疑岩屑。
本发明所述用语“软地层井段的掉屑”是指碎屑岩岩屑。由于碳酸盐岩坚固，不会产生掉屑，因此几乎不可能有其它井段或层位的碳酸盐岩岩屑混入。掉屑在磨圆、大小、形状及岩性等方面与原地碳酸盐岩岩屑都存在差异，因此可以区分出原地且原生碎屑和非原地且非原生碎屑。
在本发明的一些实施例中，所述蚀变岩屑包括含压溶缝岩屑、裂缝或溶孔岩屑和溶洞较多的岩屑中的一种或多种。
在本发明的另一些实施例中，所述次生岩屑包括方解石脉、泥屑、沥青、硅质岩和炭屑中的一种或多种。
在本发明的其他实施例中，所述外来岩屑包括火山岩屑、凝灰岩屑和冰筏岩屑中的一种或多种。
根据本发明方法，在对不同钻井深度的岩屑样品粗品进行筛选处理后，制得不同钻井深度的目标岩屑样品；所述目标岩屑样品为原地且原生的岩屑。
根据本发明方法，在对不同钻井深度的岩屑样品粗品进行筛选处理后，需将得到的目标岩屑样品分别装入与其一一对应的已编号的专用纸袋中。
在本发明的一些具体的实施例中，所述碳酸盐岩地层中的岩屑样品的采集处理方法包括以下步骤：
(1)岩屑样品的采集：按钻井深度由深及浅的顺序分别采集碳酸盐岩地层研究层段的不同钻井深度的岩屑样品；根据研究需要，所述岩屑样品的采样深度间隔为3-25m；优选所述岩屑样品的采样深度间隔为6-15m；重点层段的岩屑样品的采样深度间隔为3-6m；每个层段采集的岩屑样品的质量为30-40g，将所采集的岩屑样品按照钻井深度由深及浅的顺序依次编号(例如，分别编号为I1，I2，I3，……，IN；其中，N代表岩屑样品的采样数量，为整数，具体数值根据研究层段的深度和采样深度间隔来确定)并登记井深，然后用自封袋包好。
(2)岩屑样品的清洗过筛处理：将不同钻井深度的岩屑样品分别过40目筛，并用蒸馏水反复清洗，直至岩屑样品表面被清洗干净以及肉眼不能分辨的细粒物质也被全部筛掉；然后将清洗干净的岩屑样品分别放入已编号的敞口的专用塑料盒中。
(3)岩屑样品的干燥处理：将步骤(2)中装有清洗干净的岩屑样品的专用塑料盒依序摆放在室内不通风的台面上进行干燥处理，干燥处理的时间为3-5天，干燥结束后，制得不同钻井深度的岩屑样品粗品。
(4)岩屑样品的筛选处理：将不同钻井深度的岩屑样粗品分别置于实体显微镜下，将其中非原生且非原地的碎屑挑出后，将剩余的岩屑样品(即目标岩屑样品)分别装入已编号的专用纸袋中。
本发明所述用语“重点层段”是指根据研究需要确定的层段。例如，若需得知钻井深度为6000-6100m的碳、氧同位素值的精确变化特征，则钻井深度为6000-6100m的层段即为重点层段，且在重点层段将岩屑样品的采样深度间隔设置为3-6m，有利于精确确定该层段的碳、氧同位素值的变化特征。
本发明第二方面提供了一种识别碳酸盐岩地层单元的方法，其包括：
步骤L，采用根据本发明第一方面所述方法对标准剖面或标准井的碳酸盐岩地层进行碳、氧同位素分析，得到标准剖面或标准井的碳酸盐岩地层的碳、氧同位素值；
步骤M，根据标准剖面或标准井的碳酸盐岩地层的碳、氧同位素值建立碳酸盐岩地层不同地层单元的碳、氧同位素值对比标准；
步骤N，基于碳酸盐岩地层不同地层单元的碳、氧同位素值对比标准，结合待识别的碳酸盐岩地层单元的碳、氧同位素值的变化特征识别碳酸盐岩地层单元。
根据本发明方法，通过对标准剖面或标准井的碳酸盐岩地层中的岩屑样品进行采集处理，得到了可直接用于碳、氧同位素值测定的样品，同时，通过对所得岩屑样品的碳、氧同位素值的测定，得到了标准剖面或标准井的碳酸盐岩地层的碳、氧同位素值；将碳酸盐岩的地层单元与碳、氧同位素值相对应，即建立了碳酸盐岩地层的不同地层单元的碳、氧同位素值对比标准；在实际应用中，基于上述碳酸盐岩地层的不同地层单元的碳、氧同位素值对比标准，结合碳酸盐岩地层单元的碳、氧同位素值的变化特征，即可识别碳酸盐岩地层单元。
本发明提供的方法适用于所有碳酸盐岩地层。
本发明所述用语“碳、氧”是指碳和氧。例如，“碳、氧同位素值”是指碳同位素值和氧同位素值。
如无特殊说明，本发明所用仪器均为本领域常规选择；所用试剂均可通过商业途径获得。
本发明提供的碳酸盐岩地层的碳、氧同位素分析方法采用易于获得的岩屑样品为样品来源进行碳、氧同位素分析，不仅克服了岩屑样品不能用于碳酸盐岩地层的碳、氧同位素分析的技术偏见，而且为将碳同位素地层学用于钻井碳酸盐岩全井段、特别是钻井碳酸盐岩“哑地层”研究奠定了基础。此外，通过本发明方法建立了碳酸盐岩地层的不同地层单元的碳、氧同位素值对比标准，为识别碳酸盐岩地层单元提供了理论依据。
附图说明
下面结合附图来对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例1的A井(模拟井)奥陶系碳酸盐岩地层的研究层段中的岩屑样品的采样位置、样品编号以及碳、氧同位素值的测定结果图；图中黑色实心三角表示对应钻井深度的目标岩屑样品的碳或氧同位素值。
图2为本发明实施例2的中2井奥陶系碳酸盐岩地层的碳、氧同位素值的测定结果图；图中黑色实心圆表示对应钻井深度的岩心样品的碳或氧同位素值，空心三角形表示对应钻井深度的目标岩屑样品的碳或氧同位素值。
图3为本发明实施例3的古隆1井奥陶系碳酸盐岩地层的碳、氧同位素值的测定结果图；图中黑色实心圆表示对应钻井深度的岩心样品的碳或氧同位素值，空心三角形表示对应钻井深度的目标岩屑样品的碳或氧同位素值。
图4为本发明实施例4的玉东4井奥陶系碳酸盐岩地层的碳、氧同位素值的测定结果图；图中黑色实心圆表示对应钻井深度的岩心样品的碳或氧同位素值，空心三角形表示对应钻井深度的目标岩屑样品的碳或氧同位素值。
图5为本发明实施例5的玉北10井奥陶系碳酸盐岩地层的碳、氧同位素值的测定结果图；图中黑色实心圆表示对应钻井深度的岩心样品的碳或氧同位素值，空心三角形表示对应钻井深度的目标岩屑样品的碳或氧同位素值。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例和附图来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。
本发明所得目标岩屑样品的碳、氧同位素值的测定采用McCrea正磷酸法，测试仪器为美国菲尼根公司生产的MAT-253型同位素质谱仪，测试结果以PDB标准给出，单个测试结果重复精度高于0.1‰，工作标样为GB04416及GB04417。
具体测试方法如下：用玛瑙研钵将碳酸盐样品研磨至200目，烘箱温度105℃烘烤样品2h，去除吸附水。在75℃下烘烤在Gasbench线制样设备的样品管，烘干后将0.1mg样品放入样品管中并封盖。用高纯氦气将样品管中的空气排出，用酸泵酸针向样品管中加过量的100％磷酸，磷酸与碳酸盐样品反应产生CO2气体。用高纯氦气将生成的CO2气体带入MAT253质谱仪测试碳、氧同位素组成。每5个样品加入一个标准，用参考气对其比对测试，测量结果以PDB为标准，记为δ13CV-PDB(精度优于0.1‰)，δ18OV-PDB(精度优于0.2‰)。
实施例
实施例1
本实施例为A井(模拟井)奥陶系碳酸盐岩地层的岩屑样品的采集处理方法，具体包括如下步骤：
(1)岩屑样品的采集：按照钻井深度由深及浅的顺序分别采集研究层段(5580-5360m)不同钻井深度的岩屑样品，岩屑样品的采样深度间隔为3-25m；重点层段的岩屑样品的采样深度间隔为3-6m；每个钻井深度采集的岩屑样品的质量为30g，将采集到的不同钻井深度的岩屑样品按照钻井深度由深及浅顺序编号：AX1，AX2，AX3，AX4……AX39，并登记井深，然后用自封袋包好，具体采样位置参见图1。
(2)岩屑样品的清洗过筛处理：将岩屑样品AX1-AX39分别过40目筛，并用蒸馏水反复清洗，直至岩屑样品表面被清洗干净以及肉眼不能分辨的细粒物质也被全部筛掉；然后将清洗干净的岩屑样品分别放入编号为1-39的敞口的专用塑料盒中。
(3)岩屑样品的干燥处理：将步骤(2)中装有清洗干净的岩屑样品的专用塑料盒依序摆放在室内不通风的台面上进行干燥处理，干燥处理的时间为3-5天，得到不同钻井深度的岩屑样品粗品。
(4)岩屑样品的筛选处理：在实体显微镜下分别将不同钻井深度的岩屑样品粗品中的非原生且非原地的碎屑挑出后，分别装入编号为1-39的专用纸袋中，用于碳、氧同位素值测定。
实施例2
本实施例中的岩屑样品选自塔里木盆地中央隆起区中2井奥陶系碳酸盐岩地层。岩屑样品的采集处理方法同实施例1，不同之处在于研究层段为6730-5440m，岩屑样品的编号为AX1-AX60。
分别测定所得不同钻井深度的目标岩屑样品的碳、氧同位素值，与对应钻井深度用岩心样品测得的碳、氧同位素值进行对比，其结果如图2所示。
实施例3
本实施例中的岩屑样品选自塔里木盆地中央隆起区古隆1井奥陶系碳酸盐岩地层。岩屑样品的采集处理方法同实施例1，不同之处在于研究层段为6610-5800m，岩屑样品的编号为AX1-AX72。
分别测定所得不同钻井深度的目标岩屑样品的碳、氧同位素值，与对应钻井深度用岩心样品测得的碳、氧同位素值进行对比，其结果如图3所示。
实施例4
本实施例中的岩屑样品选自塔里木盆地中央隆起区玉东4井奥陶系碳酸盐岩地层。岩屑样品的采集处理方法同实施例1，不同之处在于研究层段为5700-5380m，岩屑样品的编号为AX1-AX30。
分别测定所得不同钻井深度的目标岩屑样品的碳、氧同位素值，与对应钻井深度用岩心样品测得的碳、氧同位素值进行对比，其结果如图4所示。
实施例5
本实施例中的岩屑样品选自塔里木盆地中央隆起区玉北10井奥陶系碳酸盐岩地层。岩屑样品的采集处理方法同实施例1，不同之处在于研究层段为6900-6450m，岩屑样品的编号为AX1-AX23。
分别测定所得不同钻井深度的目标岩屑样品的碳、氧同位素值，与对应钻井深度用岩心样品测得的碳、氧同位素值进行对比，其结果如图5所示。
本发明实施例2-5对塔里木盆地中央隆起区重点井的奥陶系碳酸盐岩地层的碳、氧同位素进行了分析，结果如图2-5。从图2-5中可以看出，通过对在取芯井段获得的目标岩屑样品的碳、氧同位素值的测试数据与对应钻井深度的取芯井段的岩心样品的碳、氧同位素值的测试数据进行对比，发现两者非常接近，这充分证明了本发明提供的碳酸盐岩地层的碳、氧同位素分析方法的可行性。
本发明实施例2-5利用塔里木盆地中央隆起区重点井的奥陶系碳酸盐岩地层的岩屑样品测得的碳、氧同位素值数据，系统完整的开展了塔里木盆地中央隆起区钻井奥陶系碳酸盐岩地层碳同位素地层学研究，查明了中央隆起区奥陶系碳酸盐岩地层碳、氧同位素值的变化特征，建立了中央隆起区奥陶系碳酸盐岩地层不同地层单元(包括下奥陶统蓬莱坝组、中下奥陶统鹰山组、中奥陶统一间房组及上奥陶统恰尔巴克组与良里塔格组)的碳、氧同位素值对比标准，这一标准已在西北油田油气勘探生产与科研工作中得到了广泛应用。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种碳酸盐岩地层的碳、氧同位素分析方法，其包括将碳酸盐岩地层中的岩屑样品进行采集处理后，进行碳、氧同位素值测定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集处理的方法包括：
步骤A，按钻井深度由深及浅的顺序分别采集碳酸盐岩地层研究层段的不同钻井深度的岩屑样品；
步骤B，分别对不同钻井深度的岩屑样品进行过滤处理和干燥处理，制得不同钻井深度的岩屑样品粗品；
步骤C，分别对不同钻井深度的岩屑样品粗品进行筛选处理，制得不同钻井深度的目标岩屑样品。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述岩屑样品的采样深度间隔为3-25m。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述岩屑样品的采样深度间隔为6-15m。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述岩屑样品的采样深度间隔为3-6m。
6.根据权利要求2-5中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述岩屑样品在每个钻井深度的采样质量为30-40g。
7.根据权利要求2-6中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤B中，所述过滤处理为清洗过筛处理；所述干燥处理的时间为3-5天；所述干燥处理的温度为室温。
8.根据权利要求2-7中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤B中，所述岩屑样品粗品的粒度小于40目。
9.根据权利要求2-8中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤C中，所述筛选处理在实体显微镜下进行；所述目标岩屑样品为原地且原生的岩屑。
10.一种识别碳酸盐岩地层单元的方法，其包括：
步骤L，采用根据权利要求1-9中任意一项所述方法对标准剖面或标准井的碳酸盐岩地层进行碳、氧同位素分析，得到标准剖面或标准井的碳酸盐岩地层的碳、氧同位素值；
步骤M，根据标准剖面或标准井的碳酸盐岩地层的碳、氧同位素值建立碳酸盐岩地层不同地层单元的碳、氧同位素值对比标准；
步骤N，基于碳酸盐岩地层不同地层单元的碳、氧同位素值对比标准，结合待识别的碳酸盐岩地层单元的碳、氧同位素值的变化特征识别碳酸盐岩地层单元。
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