CN109977360B - 高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法 - Google Patents

高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种高‑过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法，属于油气地球化学研究技术领域，其在考虑古生产力和陆源输入影响下，实现了对高‑过成熟阶段海相腐泥型页岩的原始氢指数和原始有机碳含量的恢复。该方法包括如下步骤：选取研究区高‑过成熟腐泥型海相页岩作为目的页岩样品，测定现今有机碳含量、游离烃含量和热解烃含量，计算生烃潜量；测定总磷含量和铝含量，计算自生有机磷含量；选取与目的页岩样品处于相同层系的未成熟‑低成熟阶段的页岩样品作为参考页岩样品，获取参考页岩样品的最低氢指数和最高氢指数，并以最低氢指数和最高氢指数为基准，利用自生有机磷含量与总磷含量的比值，恢复原始氢指数和原始有机碳含量。

Description

高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法
技术领域
本发明属于油气地球化学研究技术领域，尤其涉及一种高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法。
背景技术
页岩总有机碳含量(TOC)是指页岩中有机碳的总质量与泥页岩总质量的百分数，氢指数(HI)是指热解烃含量(S2)与TOC的比值，代表页岩中干酪根的生烃潜力，因而，TOC和HI是评价页岩气生成和储集的重要指标。然而，高-过成熟阶段下页岩由于大量生烃，使得现今有机碳含量和现今氢指数大幅降低，因而，现今指标无法反映页岩真实的生烃潜力。
页岩原始有机碳含量(TOCO)是受控于原始氢指数(HIO)的函数，而页岩干酪根类型决定了其原始氢指数，以富氢贫氧腐泥型干酪根为主的页岩，其原始氢指数高，而以富氧贫氢腐殖型干酪根为主的页岩，其原始氢指数低。因而，对于高-过成熟阶段利用岩石热解分析(Rock-Eval Pyrolysis)得到的氢指数过低，无法反映其真实的氢指数特征。同时，由于页岩氢指数具有一定的变化范围，前人以同一层系未成熟阶段页岩的平均氢指数(HIave)恢复的原始有机碳含量具有一定局限性，因而不能有效的恢复高-过成熟阶段页岩原始有机碳含量，影响页岩气评价。此外，海相页岩干酪根类型受控于有机质的输入和保存，而现有页岩原始氢指数和有机碳恢复方法中均未考虑有机质的输入和保存条件的影响，不能有效恢复高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和原始有机碳含量，影响页岩气评价。
因而，如何提供一种适用于高-过成熟腐泥型海相页岩的原始氢指数和原始有机碳含量恢复方法，是当前急需解决的一项技术问题。
发明内容
本发明针对上述的技术问题，提出一种高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法，在考虑古生产力和陆源输入影响下，实现了对高-过成熟阶段海相腐泥型页岩的原始氢指数和原始有机碳含量的恢复，且恢复结果准确可靠，能够反映该种页岩真实的生烃潜力。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法，包括如下步骤：
选取研究区高-过成熟腐泥型海相页岩作为目的页岩样品，测定目的页岩样品对应的现今有机碳含量，利用岩石热解分析测定目的页岩样品对应的游离烃含量和热解烃含量，计算获得目的页岩样品对应的生烃潜量；
测定目的页岩样品对应的总磷含量和铝含量，计算获得目的页岩样品对应的自生有机磷含量；
选取与目的页岩样品处于相同层系的未成熟-低成熟阶段的若干个页岩样品作为参考页岩样品，统计参考页岩样品的氢指数范围，获得参考页岩样品的最低氢指数和最高氢指数；
利用公式(1)和(2)恢复目的页岩样品的原始氢指数和原始有机碳含量，公式(1)和(2)的表达式为：
HIo＝(HImax-HImin)×(Porg/Ptotal)+HImin (1)
Figure BDA0002020034640000021
上式中，HIo为目的页岩样品的原始氢指数；HImax为参考页岩样品的最高氢指数；HImin为参考页岩样品的最低氢指数；Porg为目的页岩样品的自生有机磷含量；Ptotal为目的页岩样品的总磷含量；TOCo为目的页岩样品的原始有机碳含量；TOCpd为目的页岩样品的现今有机碳含量；Pg为目的页岩样品的生烃潜量。
作为优选，生烃潜量的计算公式如下：
Pg＝S1+S2 (3)
上式中，Pg为目的页岩样品的生烃潜量；S1为目的页岩样品的游离烃含量；S2为目的页岩样品的热解烃含量。
作为优选，自生有机磷含量的计算公式如下：
Porg＝Ptotal-Al×(P/Al)detrital (4)
上式中，Porg为目的页岩样品的自生有机磷含量；Ptotal为目的页岩样品的总磷含量；Al为页岩样品的铝含量；(P/Al)detrital为陆源磷铝含量比，根据查得的澳大利亚后太古代平均页岩的磷、铝含量计算获得，取值为0.00699。
作为优选，现今有机碳含量利用元素分析仪测得，总磷含量和铝含量利用电感耦合等离子体发射光谱仪测得。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明提供的高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法，选取与高-过成熟腐泥型海相页岩处于相同层系的未成熟-低成熟阶段的若干个页岩样品作为参考，以参考页岩的最低氢指数和最高氢指数为基准，利用高-过成熟腐泥型海相页岩的自生有机磷含量与总磷含量的比值，对高-过成熟腐泥型海相页岩的原始氢指数进行恢复，进而恢复原始有机碳含量，其考虑了古生产力和陆源输入的影响，恢复结果准确可靠，能够反映该种页岩真实的生烃潜力。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法的流程示意图；
图2为本发明实施例所提供的目的页岩样品的TOCo与Mo/Al的关系图；
图3为本发明实施例所提供的目的页岩样品的TOCpd与Mo/Al的关系图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例提供了一种高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法，包括如下步骤：
S1：选取研究区高-过成熟腐泥型海相页岩作为目的页岩样品，测定目的页岩样品对应的现今有机碳含量，利用岩石热解分析测定目的页岩样品对应的游离烃含量和热解烃含量，计算获得目的页岩样品对应的生烃潜量。
本步骤中，需要说明的是，现今有机碳含量可利用元素分析仪测得，也可采用其他方法测得。生烃潜量根据测得的游离烃含量和热解烃含量计算获得，计算公式如下：
Pg＝S1+S2 (3)
上式中，Pg为目的页岩样品的生烃潜量；S1为目的页岩样品的游离烃含量；S2为目的页岩样品的热解烃含量。
S2：测定目的页岩样品对应的总磷含量和铝含量，计算获得目的页岩样品对应的自生有机磷含量。
本步骤中，选取自生有机磷含量作为反映古生产力的指标，用于后续对目的页岩样品的原始氢指数的恢复。相比于过剩硅含量和生源钡含量，自生有机磷含量受热液活动影响较弱，能够准确的表征古生产力水平。需要说明的是，总磷含量和铝含量可利用电感耦合等离子体发射光谱仪测得，也可采用其他方法测得。页岩样品对应的自生有机磷含量根据测得的总磷含量和铝含量计算获得，计算公式如下：
Porg＝Ptotal-Al×(P/Al)detrital (4)
上式中，Porg为目的页岩样品的自生有机磷含量；Ptotal为目的页岩样品的总磷含量；Al为页岩样品的铝含量；(P/Al)detrital为陆源磷铝含量比，根据查得的澳大利亚后太古代平均页岩的磷、铝含量计算获得，取值为0.00699。
S3：选取与目的页岩样品处于相同层系的未成熟-低成熟阶段的若干个页岩样品作为参考页岩样品，统计参考页岩样品的氢指数范围，获得参考页岩样品的最低氢指数和最高氢指数。
本步骤中，选取与目的页岩样品处于相同层系的未成熟-低成熟阶段的若干个页岩样品作为参考页岩样品，获取的参考页岩样品的最低氢指数和最高氢指数作为恢复目的页岩样品的原始氢指数的基准。需要说明的是，在选取参考页岩样品时，样品越多越好，有利于提高目的页岩样品原始氢指数恢复的准确性。
S4：利用公式(1)和(2)恢复目的页岩样品的原始氢指数和原始有机碳含量，公式(1)和(2)的表达式为：
HIo＝(HImax-HImin)×(Porg/Ptotal)+HImin (1)
Figure BDA0002020034640000051
上式中，HIo为目的页岩样品的原始氢指数，单位为mg HC/g TOC；HImax为参考页岩样品的最高氢指数,单位为mg HC/g TOC；HImin为参考页岩样品的最低氢指数,单位为mgHC/g TOC；Porg为目的页岩样品的自生有机磷含量,单位为％；Ptotal为目的页岩样品的总磷含量,单位为％；TOCo为目的页岩样品的原始有机碳含量,单位为wt.％；TOCpd为目的页岩样品的现今有机碳含量,单位为wt.％；Pg为目的页岩样品的生烃潜量,单位为mg HC/g Rock。
本步骤中，需要说明的是，页岩原始氢指数受控于页岩原始干酪根类型，而页岩原始干酪根类型是受页岩沉积时期古生产力水平和陆源输入的综合控制。古生产力高指示着浮游藻类的勃发，使得页岩有机质中以富氢贫氧组分的腐泥型干酪根为主，而陆源碎屑颗粒的大量输入，可能会抑制光合作用的浮游藻类繁衍，并带来的陆源低等植物以相对富氧贫氧组分的腐殖型干酪根为主。因此，原始氢指数强烈受控于干酪根中富氢组分的占比，即富氢贫氧组分为主的腐泥型干酪根所占比例越高，页岩原始氢指数越高。在总磷含量一定的条件下，自生有机磷含量越高，陆源磷含量越低，此时页岩中富氢组分含量越高，氢指数越高。因此，自生有机磷含量(Porg)与总磷含量(Ptotal)的比值可代表页岩有机质中富氢组分(即腐泥型干酪根)含量的占比。因而，本步骤的公式(1)中，以步骤S3获取的参考页岩样品的最低氢指数和最高氢指数为基准，利用自生有机磷含量(Porg)与总磷含量(Ptotal)的比值，实现了对目的页岩样品的原始氢指数的恢复，该恢复结果综合考虑了古生产力和陆源输入的影响，结果准确可靠。本步骤中，利用恢复的原始氢指数数据，基于公式(2)进一步实现了对目的页岩样品的原始有机碳含量的恢复。需要说明的是，公式(2)为Jarvie在2012提出的利用原始氢指数恢复原始有机碳含量的公式，该公式的恢复结果准确可靠。
上述高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法，选取与高-过成熟腐泥型海相页岩处于相同层系的未成熟-低成熟阶段的若干个页岩样品作为参考，以参考页岩的最低氢指数和最高氢指数为基准，利用高-过成熟腐泥型海相页岩的自生有机磷含量与总磷含量的比值，对高-过成熟腐泥型海相页岩的原始氢指数进行恢复，进而恢复原始有机碳含量，其考虑了古生产力和陆源输入的影响，恢复结果准确可靠，能够反映该种页岩真实的生烃潜力。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
(1)选取上扬子台地渝东南地区寒武系牛蹄塘组页岩作为目的页岩样品，利用元素分析仪测定目的页岩样品对应的现今有机碳含量，利用岩石热解分析测定目的页岩样品对应的游离烃含量和热解烃含量，利用上述公式(3)计算获得目的页岩样品对应的生烃潜量，结果如表1所示。
表1上扬子台地渝东南地区寒武系牛蹄塘组页岩样品的测定与计算数据
Figure BDA0002020034640000061
Figure BDA0002020034640000071
(2)利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定目的页岩样品对应的总磷含量和铝含量，利用上述公式(4)计算获得目的页岩样品对应的自生有机磷含量，结果如表1所示。
(3)因目的页岩样品为下寒武统海相页岩样品，故选取澳大利亚地区与目的页岩样品处于相同层系的未成熟-低成熟寒武系泥页岩样品作为参考页岩样品，统计其氢指数范围为600-900mg/g，获得参考页岩样品的最低氢指数为600mg/g，最高氢指数为900mg/g。
(4)利用上述公式(1)和(2)恢复目的页岩样品的原始氢指数和原始有机碳含量，结果如表2所示。
表2上扬子台地渝东南地区寒武系牛蹄塘组页岩样品的恢复结果及验证数据
Figure BDA0002020034640000072
Figure BDA0002020034640000081
页岩中钼与铝含量的比值能够反映沉积水体氧化还原条件，研究发现，钼与铝含量的比值与有机碳含量应具有较好的正相关关系，因而，下面利用恢复得到的原始有机碳含量与Mo/Al的相关性验证上述恢复结果的准确性。
利用电感耦合等离子质谱测定目的页岩样品的钼含量Mo，结果如表2所示，计算得到钼与铝含量的比值Mo/Al，分别建立TOCo与Mo/Al，以及TOCpd与Mo/Al的关系，如图2和图3所示，关系式如下：
TOCo＝0.1223×Mo/Al+0.0691,R2＝0.831 (5)
TOCpd＝0.4414×Mo/Al+0.1762,R2＝0.7977 (6)
由图2和图3可见，本发明恢复得到的TOCo与Mo/Al具有更好的相关性，说明采用本发明所提供的方法能够有效恢复高-过成熟腐泥型海相页岩的原始氢指数和原始有机碳含量。

Claims (4)

1.高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法，其特征在于，包括如下步骤：
选取研究区高-过成熟腐泥型海相页岩作为目的页岩样品，测定目的页岩样品对应的现今有机碳含量，利用岩石热解分析测定目的页岩样品对应的游离烃含量和热解烃含量，计算获得目的页岩样品对应的生烃潜量；
测定目的页岩样品对应的总磷含量和铝含量，计算获得目的页岩样品对应的自生有机磷含量；
选取与目的页岩样品处于相同层系的未成熟-低成熟阶段的若干个页岩样品作为参考页岩样品，统计参考页岩样品的氢指数范围，获得参考页岩样品的最低氢指数和最高氢指数；
利用公式(1)和(2)恢复目的页岩样品的原始氢指数和原始有机碳含量，公式(1)和(2)的表达式为：
HIo＝(HImax-HImin)×(Porg/Ptotal)+HImin (1)
Figure FDA0002020034630000011
上式中，HIo为目的页岩样品的原始氢指数；HImax为参考页岩样品的最高氢指数；HImin为参考页岩样品的最低氢指数；Porg为目的页岩样品的自生有机磷含量；Ptotal为目的页岩样品的总磷含量；TOCo为目的页岩样品的原始有机碳含量；TOCpd为目的页岩样品的现今有机碳含量；Pg为目的页岩样品的生烃潜量。
2.根据权利要求1所述的高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法，其特征在于，生烃潜量的计算公式如下：
Pg＝S1+S2 (3)
上式中，Pg为目的页岩样品的生烃潜量；S1为目的页岩样品的游离烃含量；S2为目的页岩样品的热解烃含量。
3.根据权利要求1所述的高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法，其特征在于，自生有机磷含量的计算公式如下：
Porg＝Ptotal-Al×(P/Al)detrital (4)
上式中，Porg为目的页岩样品的自生有机磷含量；Ptotal为目的页岩样品的总磷含量；Al为页岩样品的铝含量；(P/Al)detrital为陆源磷铝含量比，根据查得的澳大利亚后太古代平均页岩的磷、铝含量计算获得，取值为0.00699。
4.根据权利要求1所述的高-过成熟腐泥型海相页岩原始氢指数和有机碳恢复方法，其特征在于：现今有机碳含量利用元素分析仪测得，总磷含量和铝含量利用电感耦合等离子体发射光谱仪测得。
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