CN109187161A - 一种碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法。该定量评价方法包括以下步骤：通过碎屑岩在埋藏成岩过程中含量不变的元素对储层中的长石含量进行校正，得到长石的相对含量；绘制长石的相对含量与深度的散点图；对散点图进行线性拟合，得到长石的相对含量与深度的变化曲线；通过变化曲线，得到某一深度的长石的相对含量，将某一深度的长石的相对含量与长石的初始含量进行对比，确定长石的溶蚀程度。本发明的评价方法可以准确的定量评价碎屑岩中长石的溶蚀程度。

Description

一种碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法
技术领域
本发明涉及一种碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法，属于石油开采技术领域。
背景技术
砂岩储层中次生孔隙是世界上很多油气田储层的主要储、渗孔隙。储层砂岩中次生孔隙的形成机理与长石等骨架颗粒在埋藏成岩过程中的溶蚀作用密切相关。长石作为砂岩储层的骨架颗粒，其溶解形成的次生孔隙可提高砂岩储层的孔隙度和渗透率,尤其是对深埋压实条件下的砂岩储层储渗条件的改善具有重要意义。而确定碎屑岩中长石的溶蚀程度可以指示砂岩储层中次生孔隙发育的程度，进而指示砂岩储层的储层物性，为石油开采提供了大致方向。
现有的碎屑岩中长石溶蚀程度的分析方法有以下几种方式：
胡瑞林等(斜长石溶蚀度:一种评价花岗质岩石风化度的新指标[J].地质论评，2005；51(6)：650-654)的图像分析法，该方法是以标志性造岩矿物斜长石的显微孔隙变化作为评价斜长石溶蚀度特征，来评价长石的溶蚀程度。斜长石是碎屑岩中最主要的造岩矿物之一，亦是该类岩石中最不稳定、抗风化能力最差的造岩矿物。随着化学风化作用的深化，斜长石将被不断地溶蚀，直到完全从地层中消失。斜长石溶蚀度是通过被测矿物体内的可见孔隙面积与被测矿物的总面积的比值而定义的。在埋藏成岩过程中会受到压实作用的影响，并且被测矿物内除次生孔隙外，在浅埋藏阶段还包括原生孔隙。因此，该方法具有一定的误差。
黄思静等(阴极发光分析在恢复砂岩碎屑长石含量中的应用‐鄂尔多斯盆地上古生界和川西凹陷三叠系须家河组的研究[J].地球科学进展，2008；23(10)：1014-1019)用阴极发光法评估碎屑长石的溶蚀程度，长石在完全溶解之前，会发生碳酸盐胶结作用，残余长石会被保存下来，这些长石与固结它们的碳酸盐胶结物具有完全不同的阴极发光特征，那么原有长石的数量可以在一定程度上得以恢复。该方法利用阴极发光仪对碎屑岩中的矿物组成进行分析，方解石胶结物显示出亮黄色的阴极发光性，在埋藏成岩过程中长石发生溶蚀作用形成次生孔隙，方解石胶结物会充填长石溶蚀所产生的次生孔隙，利用方解石胶结物的面积与被测矿物的总面积的比例评价长石的溶蚀程度。但在埋藏成岩过程中，长石溶蚀产生的次生孔隙不一定全部由方解石胶结物所充填，可能还会被其他的自生矿物充填，并且压实成岩作用也会影响长石溶蚀所产生的次生孔隙，所以会影响最后的评价结果。
李日运等(岩石风化程度特征指标的分析研究[J].岩石力学与工程学报，2004；23(22)：3830-3833)提出用次生蚀变率来评价长石的溶蚀程度。该理论认为长石在风化过程中，逐渐分解为粘土类的次生矿物。在衡量长石的次生变化程度时，可采用次生蚀变率来表征风化长石的体积百分含量。具体确定方法是，首先估计碎屑岩样品薄片中粘土类次生矿物的面积，其次估计风化长石的厚薄以及总面积。两者的比值即确定为次生蚀变率。该方法的缺点是粘土类次生矿物在标本薄片中面积较小，读取时误差较大，影响次生蚀变率的计算，导致长石溶蚀的程度计算存在很大误差。
冯连君等(化学蚀变指数(CIA)及其在新元古代碎屑岩中的应用[J].地学前缘,2003；10(4)；539-544)根据K.L.Milliken，L.E.Mack(Elemental Moiliy in SandstonesDuring Burial:Whole-Rock Chemical and Isotopic Data,Frio Formation,SouthTexas.[J].Journal of Sedimentary Petrlogy,1994；64(4):788-796)提出的化学蚀变指数(CIA)评价碎屑岩中长石溶蚀程度。在埋藏成岩过程中砂岩遭受化学风化作用，长石矿物是最主要的母源矿物，Na，K，Ca等碱金属元素以离子的形式随地表流体大量流失，同时形成高岭石，蒙脱石，伊利石等粘土矿物，在风化过程中，风化产物主成分Al2O3的摩尔分数随化学风化作用的强度而改变。据此根据Nesbitt和Young(Nesbitt H W,Young G M.EarlyProteozoic climates and plate motions inferred from major element chemistryof lutites[J].Nature,1982,299:715-717)提出的反应风化程度的指标CIA，CIA＝x(Al2O3)/(x(Al2O3)+x(CaO)+x(Na2O)+x(K2O))×100。即将各种氧化物的含量带入，CIA值的大小反应风化程度。该方法的缺点是碎屑岩中易发生钾交代作用(交代作用是物质成分注入和逸出的作用，是在温度、压力、溶液化学成分发生改变后发生的一种置换现象)，使氧化钾的含量升高，进一步影响了CIA值，而去除钾交代作用的影响难度较大，故在评价长石的溶蚀程度也具有一定的误差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可以准确的定量评价碎屑岩中长石溶蚀程度的方法。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法，该定量评价方法包括以下步骤：
通过碎屑岩在埋藏过程中含量不变的元素对储层中的长石含量进行校正，得到长石的相对含量；
绘制长石的相对含量与深度的散点图；
对散点图进行线性拟合，得到长石的相对含量与深度的变化曲线；
通过变化曲线，得到某一深度的长石的相对含量，将某一深度的长石的相对含量与长石的初始含量进行对比，确定此深度长石的溶蚀程度。
本发明还提供了一种储层中油气储量的评估方法，该评估方法根据本发明的上述碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法确定长石的溶蚀程度，然后根据长石的溶蚀程度对储层中油气储量进行评估。
本发明的碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法在选取样品时，选取靠近物源区域的浅部样品作为初始长石含量，极大的减少了搬运，风化，沉积所带来的影响。
本发明的碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法选取在沉积过程中含量不变的钕元素校正长石的含量，最为接近长石的“真实”含量。
本发明的碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法可以准确、定量的评价碎屑岩中长石的溶蚀程度。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式中的碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法的流程图。
图2为本发明的实施例中的东营凹陷区域的构造图。
图3为本发明的实施例中的长石的相对含量与深度的散点图及曲线图。
图4为本发明的实施例中的东营凹陷高岭石镜下赋存状态和特征(牛3井，2646m)。
图5本发明的实施例中的东营凹陷高岭石镜下赋存状态和特征(王125井，2717m)。
图6本发明的实施例中的东营凹陷高岭石镜下赋存状态和特征(牛102井，2907m)。
图7为本发明的实施例中的高岭石含量、长石溶蚀程度与深度关系曲线图。
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。
长石是地表岩石最重要的造岩矿物。长石是长石族矿物的总称，它是一类常见的含钙、钠和钾的铝硅酸盐类造岩矿物，含有钙、钠、钾的铝硅酸盐矿物，包括钠长石、钙长石、钡长石、钡冰长石、微斜长石、正长石，透长石等。
斜长石是根据端元组分含量划分出来的一种长石，一般将斜长石划分为六个种属，包括钠长石、更长石、中长石、拉长石、培长石和钙长石。
在本发明的一具体实施方式中，提供了一种如图1所示的碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法，该定量评价方法可以包括以下步骤：
通过碎屑岩在埋藏过程中含量不变的元素对储层中的长石含量进行校正，得到长石的相对含量；
绘制长石的相对含量与深度的散点图；
对散点图进行线性拟合，得到长石的相对含量与深度的变化曲线；
通过所述变化曲线，得到某一深度的长石的相对含量，将所述某一深度的长石的相对含量与长石的初始含量进行对比，确定此深度长石的溶蚀程度。
具体地，在本发明的一具体实施方式中，步骤一：选取样品。
进一步地，在选取样品时：首先，是在广泛的深度范围内选取样品(比如在地下2000m-4000m的每个深度范围均取样)，保证长石的溶蚀程度尽可能的充分；其次，浅部样品应在靠近物源供给区域内选取，在靠近物缘供给区域内选取样品使样品中长石尽可能的不发生溶蚀，保证浅部样品的长石含量尽可能的接近初始长石含量。
需要说明的是，这里首先确定物源供给区。而现有的方法中大多直接选取研究区域浅部样品中长石含量为初始长石含量，忽略了物源区域所带来的影响。本具体实施方式在选取样品时极大的减少了初始长石含量所带来的误差。
具体地，在本发明的一具体实施方式中，步骤二：确定碎屑岩中初始碎屑组分中含量基本固定不变的元素为Nd。
碎屑岩中一些组分在地质研究的较早时期被认为是不发生变化的，例如铝、三价铁、钛。众所周知，碎屑岩中长石在深埋藏阶段完全溶蚀。岩相学上的观察并不能证明大量铝的自生矿物的存在是由于长石的溶解而产生的。铝的迁移在埋藏成岩过程中是否发生是未知的，所以铝并不能被用来当做含量不变的元素。在碎屑岩逐渐埋藏过程中，铁逐渐从砂岩中重矿物组分中的铁‐钛氧化物中流失(Milliken K L,and Mack L E.1990.Subsurfacedissolution of heavy minerals,Frio Formation sandstones of the ancestral RioGrande province,South Texas:Sedimentary Geology,68.187-199)，故铁也不能作为含量不变的元素。虽然不能确切的知道钛(Ti)是否在埋藏成岩过程中被保存下来，但是钛的迁移在钛氧化物自生时期被证明(Milliken K L,and Mack L E.1990.Subsurfacedissolution of heavy minerals,Frio Formation sandstones of the ancestral RioGrande province,South Texas:Sedimentary Geology,68.187-199.)。锆(Zr)在岩相学的观察下并没有表现出迁移，但是锆大多存在于碎屑组分含量并不高的泥质颗粒中(Milliken K L,and Mack L E.1990.Subsurface dissolution of heavy minerals,FrioFormation sandstones of the ancestral Rio Grande province,South Texas:Sedimentary Geology,68.187-199.)，故锆也不是理想的不发生迁移的元素。Th会被用来当做含量不变的元素(Evans I J.1989.Geochemical fluxes during shale diagenesis,an example from the Ordovician of Morocco,in Miles,D.L.,ed,.Proceedings ofthe 6th International Symposium on Water-Rock Intercation,Malvern:Brookfield,Vermont,A.A.Balkema,p.219-222)，但是它在某些岩石中也是可移动的(Milodowski,A.E.and Zalasiewicz,J.A.,1991.Redistribution of rare earth elements duringdiagenesis of turbidite/hemipelagite mudrock sequences of Llandovery age fromcentral Wales in Morton,A.C.Todd,S.P.and Haughton,P.D.W.,eds.Developments inSedimentary Provenance Studies:Geological Society of London SpecialPublication57,p.101-124)。前人在研究中曾经使用稀土元素(REE)作为含量不变的组分，但是稀土元素的含量在砂岩和页岩埋藏时期是会发生变化的，并且Sm/Nd同位素在埋藏时期也是会发生变化的(Awwiller,D.N.,and Mack,L.E.,1991,Diagenetic modificationof Sm-Nd model ages in Tertiary sandstones andshales,Texas Gulf Coast:Geology,v.19,p.311-314)。自生稀土元素富集的磷酸盐在岩相学上能够被观察到(Milodowski,A.E.and Zalasiewicz,J.A.,1991.Redistribution of rare earthelements during diagenesis of turbidite/hemipelagite mudrock sequences ofLlandovery age from central Wales in Morton,A.C.Todd,S.P.and Haughton,P.D.W.,eds.Developments in Sedimentary Provenance Studies:Geological Society ofLondon Special Publication57,p.101-124.)，证明了一些稀土元素的迁移。而钕(Nd)作为一种惰性元素，在埋藏成岩过程中，不会与碎屑岩中矿物和元素发生反应，并且钕元素不会迁入与迁出。所以在本发明的一具体实施方式中，采用元素Nd(钕)作为含量不变的元素来相对的标定长石的含量。
具体地，在本发明的一具体实施方式中，步骤三：对选取的样品进行测试，获得每一深度的长石的实际含量，并获得浅部区中元素Nd的含量。
测试每一深度的长石含量需要测定这一深度元素Nd的含量，每一深度Nd元素的含量本质是不发生改变的，但由于其他元素含量的改变，导致Nd元素的含量发生了改变
更进一步地，通过XRD分析和铸体薄片，得到每一深度的长石的实际含量。
这里采用的XRD设备为X射线衍射仪，型号：D/MAX 2500；铸体薄片用显微镜观察
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＜10μm和＜2μm的粘土矿物样品。粒径＜10μm的粘土矿物样品用于测定粘土矿物在原岩中的总相对含量；粒径＜2μm的粘土矿物样品用于测定各种粘土矿物种类的相对含量。
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系数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的“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。
将所要分析的各常见非粘土矿物含量与粘土矿物总量之和作为100％计算，可得到各矿物在沉积岩中的相对含量。
通过ICP-MS(电感耦合等离子体发射质谱仪)分析，得到浅部区中元素Nd的含量。
具体地，在本发明的一具体实施方式中，步骤四：通过储层中固定含量的元素对储层中的长石含量进行校正，得到长石的相对含量的校正公式，进而得到长石的相对含量。
更进一步地，得到的长石的相对含量校正公式如下所示：
F/(Nd×10000+F)；
其中，F为长石的实际质量，％；
Nd为元素Nd的质量，％。
上述对长石含量的校正过程，极大的减少了直接使用长石含量所带来的误差。
具体地，在本发明的一具体实施方式中，步骤五：绘制长石的相对含量与深度的散点图。
更进一步，根据每一深度的长石的相对含量，以长石的相对含量为横坐标，以深度为纵坐标，绘制绘制长石的相对含量与深度的散点图。
具体地，在本发明的一具体实施方式中，步骤六：对散点图进行线性拟合，得到长石的相对含量与深度的变化曲线。
具体地，在本发明的一具体实施方式中，步骤七：通过长石的相对含量与深度的变化曲线，得到某一深度的长石的相对含量，将某一深度的长石的相对含量与长石的初始含量进行对比，确定长石的溶蚀程度。
需要说明的是，长石的初始含量根据分析的物源供给情况而确定。
本发明的一具体实施方式中，选取靠近物源区域的浅部样品作为长石的初始含量，极大的减少了搬运，风化，沉积所带来的影响。
在本发明的另一具体实施方式中，提供了一种储层中油气储量的评估方法，该评估方法根据本发明的上述碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法确定长石的溶蚀程度，然后根据长石的溶蚀程度对储层中油气储量进行评估。
实施例1
本实施例提供了一种碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法，以东营凹陷牛庄洼陷沙三中段为评价区域，东营凹陷区域构造如图2所示，东营凹陷牛庄洼陷沙河街组沙三中段次生孔隙的形成在一定程度上是由于长石的溶蚀造成的，若研究东营凹陷的有效储层，则对长石溶蚀程度的研究是必要的。具体可以包括以下步骤：
步骤一：样品的选取：东营凹陷牛庄洼陷沙河街组沙三中段的样品在广泛的深度范围内都是可取的，在13口井中选取15个样品。15个样品如表1所示。
表1
样品编号 深度 井号 石英 长石 Nd
1 1745.6 王12 45 48 25.4
2 1826.5 王斜731 40 44 23.2
3 2515 牛3 50 41.7 14.9
4 2646 王119 19 36 30.5
5 2717 王125 35 35.8 21.5
6 2879.4 牛48 38 34.8 13.9
7 2907.9 牛102 48 33.6 32.4
8 2980.1 牛20 50 33.7 19.1
9 3059 牛104 38 32.5 15.6
10 3110.9 牛116 36 31.5 17
11 3169.7 牛11 45 30.9 30.2
12 3191.2 牛28 45 30.3 23.2
13 3218 王52 50 25 28.2
14 3327.4 王59 50 25.8 16.8
15 3787.7 王46 48 20 20.7
步骤二：在确定初始长石组分之前，需要确定东营凹陷牛庄洼陷沙河街组沙三段物源供给区域。牛庄洼陷沙三段下亚段沉积时期，湖盆处于深断陷期，东营凹陷构造运动相对稳定，沿凹陷轴线方向物源供给较少，牛庄地区主要为半深湖—深湖相沉积，仅在东端的莱洲湾地区发育了小规模的三角洲体系，影响范围较小。而此时源于凹陷东部斜坡的沉积物，以水道形式向凹陷深部延伸，在牛庄洼陷的中部及以北地区形成了大面积分布的远岸深水浊积扇体。沙三段中亚段沉积时期，构造运动剧烈，盆地沉降速率增大，该期三角洲的发育达到鼎盛时期，且由于三角洲的充填作用，盆地沉积中心逐渐向西迁移。湖盆的迁移以及东部，东南部物源的不断推进。凹陷轴线供给河道平面上呈南东—北西向展开。根据前人资料，与三角洲推进过程中所形成的滑塌浊积扇相比，位于牛庄洼陷东部的沉积物成分成熟度和结构成熟度均较低，粒度较粗，以粗砂岩和含砾砂岩为主，且单砂体普遍具有分布面积大、单层厚度大、储集物性好等特点。故我们认为牛庄洼陷沙三段东部区域长石含量受其他因素影响较小。在挑选样品时尽量保证砂岩粒度大致相同，避免物源区域所带来的影响。
步骤三：通过储层中固定含量的元素对储层中的长石含量进行校正，得到长石的相对含量，绘制长石的相对含量与深度的散点图；
根据表1中数据，由公式F/(Nd×10000+F)，计算出各个深度的样品的长石相对含量，然后将样品数据整理，绘制深度与长石相对含量关系的散点图，如图3中的散点所示。
步骤四：对散点图进行线性拟合，得到长石的相对含量与深度的变化曲线，如图3中的曲线所示。
根据长石与深度关系的散点图，随着深度的增加，F/(Nd×10000+F)是减少的，这是符合基本规律的，随着深度的增加，碎屑岩中长石的含量降低。并且由F/(Nd×10000+F)与深度的散点图得到了回归线。
回归线为：y＝-19.569x+4207.7。(y代表深度，x代表F/(Nd×10000+F)(长石相对含量))。
步骤五：根据此回归线，根据深度得到F/(Nd×10000+F)，然后根据此深度的F/(Nd×10000+F)与浅部长石相对含量(样品1，2)比较，得出长石损失的百分比，确定长石的溶蚀程度。具体计算根据如下公式：
Z＝(Y-Y1)/Y1×100％，
其中，Y代表F/(Nd×10000+F)；
Y1代表浅部长石相对含量(初始长石含量)；
Z代表长石溶蚀程度的百分数。
为了验证本实施例的碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法在定量计算长石溶蚀程度上具有一定的精确性，利用长石溶蚀产物高岭石的含量去验证长石的溶蚀程度。主要包括以下步骤：
在埋藏成岩早期和中期，碎屑岩中长石溶蚀的产物主要为高岭石，且高岭石中很小一部分转化为伊利石或绿泥石，高岭石几乎全部由长石溶蚀反应生成。在埋藏成岩过程中，高岭石含量高的深度，长石的溶蚀程度较高；高岭石含量低的深度，长石的溶蚀程度较低，按照这一原则，利用高岭石的含量去验证长石溶蚀的程度，选取东营凹陷牛庄洼陷较浅深度的样品，长石的溶蚀产物高岭石还未转化为伊利石与绿泥石，用高岭石的含量去验证碎屑岩中长石的溶蚀程度。据前人资料，东营凹陷牛庄洼陷沙三段3100m以上区域高岭石未转化为伊利石与绿泥石，故选取样品时深度选取3100m以上。
选取了三个深度下的三个样品，三个样品的长石溶蚀生成高岭石的扫描电镜图如图4、图5和图6所示。图5中长石溶蚀，高岭石充填长石溶孔，长石溶蚀刚刚开始发生，长石颗粒形态完好，高岭石含量较低，长石溶蚀程度也较低。与表2中深度为2717m相对应。图4和图6中长石颗粒溶蚀，长石颗粒不具备完整形态，大部分为书页状或蠕虫状排列的高岭石，高岭石含量较高，长石溶蚀程度较高。分别与表2中2646m与2907m相对应。图4、图5和图6中高岭石含量不同，即长石溶蚀程度不同。
表2
深度 2646 2717 2907.9 2980 3059
长石溶蚀程度 17.5 9.7 22.2 15.9 19.9
高岭石含量 3.7 2.1 4.9 3.1 4.2
表2中各个深度的长石溶蚀程度与高岭石含量做出散点趋势图，如图7所示。观察长石溶蚀程度与高岭石含量的变化趋势是否一致。
图7可以看出，高岭石含量高的深度，长石的溶蚀程度较高，高岭石含量低的深度，长石的溶蚀程度较低，且变化趋势大致相同，故在验证长石溶蚀程度上，本实施例的碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法具有一定的精确性。

Claims (9)

1.一种碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法，其特征在于，该定量评价方法包括以下步骤：
通过碎屑岩在埋藏成岩过程中含量不变的元素对储层中的长石含量进行校正，得到长石的相对含量；
绘制长石的相对含量与深度的散点图；
对散点图进行线性拟合，得到长石的相对含量与深度的变化曲线；
通过所述变化曲线，得到某一深度的长石的相对含量，将所述某一深度的长石的相对含量与长石的初始含量进行对比，确定此深度长石的溶蚀程度。
2.根据权利要求1所述的定量评价方法，其特征在于，所述碎屑岩在埋藏成岩过程中含量不变的元素为元素Nd。
3.根据权利要求1所述的定量评价方法，其特征在于，所述长石的相对含量根据以下校正公式获得：
F/(Nd×10000+F)；
其中，F为长石的实际质量，％；
Nd为元素Nd的质量，％。
4.根据权利要求1所述的定量评价方法，其特征在于，所述长石的初始含量为埋藏地层的浅部中长石的实际含量。
5.根据权利要求1所述的定量评价方法，其特征在于，对长石进行取样时，从埋藏地层的浅部到深部均进行取样。
6.根据权利要求5所述的定量评价方法，其特征在于，在埋藏地层的浅部进行取样时，样品在靠近物源供给区域内选取。
7.根据权利要求6所述的定量评价方法，其特征在于，在浅部进行取样时，首先需要确定储层的物源供给区域。
8.一种储层中油气储量的评估方法，其特征在于，该评估方法包括权利要求1-7任一项所述的碎屑岩中长石溶蚀程度的定量评价方法的步骤。
9.根据权利要求8所述的评估方法，其特征在于，该评估方法根据长石的溶蚀程度对储层中油气储量进行评估。
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