CN110132902A - 一种下古生界海相页岩有机质成熟度的评价方法 - Google Patents

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胡科
何廷鹏
李甜
杨洁
杨柳
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车平平
汪雄
李梦来
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Abstract

本发明公开一种下古生界海相页岩有机质成熟度的评价方法,包括如下步骤:1)样品采集及筛选:选取海相页岩样品,通过机械抛光设备或氩离子抛光仪等设备对样品进行抛光处理制成光片;2)显微组分观察;3)建立笔石表皮体随机反射率(R gr )与等效镜质体反射率(EqVRo)的转换公式:EqVRo=1.055×R gr ‑0.053,其中:R 2 =0.98;以及原沥青随机反射率(R br )与等效镜质体反射率(EqVRo)的转换公式:EqVRo=0.9096×R br +0.1643,其中:R 2 =0.96;4)下古生界海相页岩有机质成熟度的评价。本发明通过对下古生界海相页岩的显微组分观察,并进行正确的分类和排出干扰,建立了下古生界海相页岩中笔石表皮体反射率及原沥青反射率与镜质体反射率的等效关系,实现了对下古生界海相页岩有机质的成熟度正确评价。

Description

一种下古生界海相页岩有机质成熟度的评价方法
技术领域
本发明涉及岩石物理研究领域,具体涉及一种下古生界海相页岩有机质成熟度的评价方法。
背景技术
镜质体反射率被认为是评价有机质成熟度的最可靠参数。我国南方海相页岩由于地层时代老、成熟度高,像下寒武统牛蹄塘组和五峰组-龙马溪组这样的早古生代地层,由于成熟度较高和缺失高等植物来源的镜质组,无法用镜质体反射率评价有机质成熟度。国内外诸多学者提出利用镜状体、海相镜质体、固体沥青以及笔石表皮体、几丁质等动物有机碎屑反射率作为有机质成熟度指标,但由于下古生界页岩中显微组分复杂,显微组分光性鉴定尚未有统一的认识,造成不同学者对同一地区同一层位页岩有机质成熟度的认识存在明显差异。虽然有众多学者研究过用其它地球化学参数间接测试烃源岩热演化程度的方法,在已有的研究成果中,这些间接方法的有效测试值域上限大多Ro在2.0%左右,不能满足我国下古生界页岩高热演化程度(Ro>2.5%)的评价需求。
因此,如何建立一种下古生界海相页岩有机质成熟度的评价方法,以便更好的研究和开发下古生界海相页岩气资源,是本领域技术人员研究的方向。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足,本发明的目的在于解决现有技术中没有对下古生界海相页岩有机质进行有效的分类,以及无法用现有的镜质体反射率方法评价下古生界海相页岩有机质成熟度的问题,提供一种下古生界海相页岩有机质成熟度的评价方法。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种下古生界海相页岩有机质成熟度的评价方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)样品采集及筛选
选取海相页岩样品,通过机械抛光设备或氩离子抛光等抛光设备对样品进行抛光处理制成光片;
2)显微组分观察
(1)笔石表皮体有显著区别于沥青的特殊生物结构和光学特征,主要表现为:
(a)笔石表皮体生物结构复杂:在显微镜下能观察到一些较完整的笔石表皮体,可以很清晰的看到笔石的公共管道和分支;
(b)笔石表皮体有分节或者断断续续的现象;
(c)笔石表皮体可以观察到类似纹层的纺锤层;
(d)笔石腔体中往往充填有黄铁矿;
(e)在高过成熟阶段,笔石表皮体表现出强烈的光学各向异性;正交光下,在油浸偏光显微镜下旋转物台一周,可观察到四次消光现象;
(2)沥青的特殊生物结构和光学特征,主要表现为:
原沥青在镜下呈灰白色,顺层产出,大多呈长条状,表面光滑,具有原生和同沉积的特征,大部分各向异性较强,它与笔石表皮体的区别是不具纺锤层,没有复杂的结构;
次生沥青,其颗粒较细小,其产状和光学性质,与笔石表皮体有显著差异,特征如下:
(a)次生沥青的产状为岩石裂隙和孔隙充填;
(b)次生沥青的形态多样,因所充填孔隙、裂隙的形状而异,常呈三角状、不规则状、斑点状、丝状、长条状等;
(c)次生沥青基于光学各向同性或微弱的各向异性;
3)建立笔石表皮体反射率及原沥青反射率与镜质体反射率的等效关系
建立笔石表皮体随机反射率(Rgr)与等效镜质体反射率(EqVRo)的转换公式:
EqVRo=1.055×Rgr-0.053,其中:R2=0.98
以及原沥青随机反射率与等效镜质体反射率(EqVRo)的转换公式:
EqVRo=0.9096×Rbr+0.1643,其中:R2=0.96。
4)下古生界海相页岩有机质成熟度的评价方法
(1)笔石表皮体反射率和原沥青随机反射率的测定
(a)反射率测定仪器选择:笔石表皮体或原沥青的随机反射率采用显微镜光度计进行测定;
(b)反射率测定对象选择:下奥陶统-上志留统五峰组-龙马溪组页岩以笔石表皮体为测定对象,寒武统页岩样品以原沥青为测定对象;
(c)笔石表皮体和原沥青随机反射率平均值的确定:由于同一样品中各笔石表皮体或原沥青颗粒之间光学性质存在差异,因此必须从一件光片中的不同颗粒上测取足够数量的反射率值,再根据公式(1)计算笔石表皮体平均随机反射率或原沥青平均反射率值,以保证测定结果的代表性;
式中:——平均反射率值,%;
Ri——每个测点的反射率值,%;
n——测点数。
(2)等效镜质体反射率(EqVRo)的计算
笔石表皮体或原沥青的随机反射率不能直接代表页岩有机质的成熟度,必须将它们换算成等效镜质体反射率才能评价有机质成熟度。当笔石作为反射率的测定对象时,先依据公式(1)计算出笔石平均反射率再按照公式 计算等效镜质体反射率(EqVRo)。当原沥青作为反射率的测定对象时,先依据公式(1)计算出原沥青平均反射率再按照公式计算等效镜质体反射率(EqVRo)。
相比现有技术,本发明具有如下优点:
1、本发明通过对下古生界海相页岩的显微组分观察,并进行正确的分类和排出干扰,建立了下古生界海相页岩中笔石表皮体反射率及原沥青反射率与镜质体反射率的等效关系,实现了对下古生界海相页岩有机质的成熟度正确评价。
2、通过机械抛光或氩离子抛光等抛光设备对样品进行抛光处理制成光片,并通过显微组分分析,确定用笔石表皮体随机反射率作为五峰组-龙马溪组页岩有机质成熟度的表征参数;建立了牛蹄塘组原沥青和次生沥青的光学鉴定标志,实现了次生沥青对于原沥青反射率测定干扰的有效排除,奠定了将原沥青随机反射率作为牛蹄塘组组页岩有机质成熟度表征参数的技术方法基础,可靠性高,得到的数据准确。
3、通过选取重庆地区五峰-龙马溪组、牛蹄塘组高过成熟海相页岩及有机质特征相近的低成熟海相页岩,通过对爱沙尼亚、瑞典含笔石页岩和河南濮阳洪水庄组含沥青页岩的热压模拟实验,研究了笔石表皮体和原沥青的光性特征及随机反射率对于热演化程度的响应程度,建立了笔石表皮体随机反射率(Rgr)与等效镜质体反射率(EqVRo)的转换公式以及原沥青随机反射率(Rbr)与等效镜质体反射率(EqVRo)的转换公式,实现了对下古生界海相页岩有机质的成熟度正确评价,对下古生界海相页岩的研究和开发具有指导意义。
附图说明
图1为五峰组-龙马溪组页岩中笔石表皮体,其中:(A)结构复杂且分节的笔石表皮体,反射光;(B)结构复杂且分节的笔石表皮体;(C)分节且带纺锤层的笔石表皮体、次生沥青;(D)带纺锤层的笔石表皮体、次生沥青;(E)分节且腔体充填黄铁矿的笔石表皮体、次生沥青;(F)笔石表皮体、次生沥青;(B)~(F)为油浸反射光。
图2为五峰组-龙马溪组页岩中笔石表皮体平均最大反射率与随机反射率的关系。
图3为五峰组-龙马溪组页岩中原沥青和次生沥青图,油浸反射光。
图4为原始样品与热模拟样品对比,其中:(A)爱沙尼亚原始样品;(B)爱沙尼亚400℃热模拟样品;(C)爱沙尼亚550℃保温3天热模拟样品;(D)爱沙尼亚550℃保温18天热模拟样品;(E)濮阳原始样品;(F)濮阳400℃热模拟样品;(G)濮阳550℃保温3天热模拟样品;(H)濮阳550℃保温18天热模拟样品。
图5为五峰组-龙马溪组页岩与爱沙尼亚含笔石页岩热模拟后镜下对比。
图6为牛蹄塘组页岩与河南濮阳洪水庄组含沥青页岩热模拟后镜下对比,其中:(A)牛蹄塘组样品;(B)550℃保温18天洪水庄组含沥青页岩热模拟样品。
图7为热模拟样品有机质反射率与镜质体随机反射率的关系图,其中:(A)笔石表皮体随机反射率与镜质体反射率的关系;(B)原沥青随机反射率与镜质体反射率的关系。
图8为上扬子地区东部五峰组-龙马溪组等效镜质体反射率值等值线图,其中:括号内数字为等效镜质体反射率值(EqVRo)。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
一、实施例:下古生界海相页岩有机质成熟度的评价方法
1、样品采集及筛选
选取重庆地区五峰-龙马溪组、牛蹄塘组高过成熟海相页岩及有机质特征相近的低成熟海相页岩,通过机械抛光设备对样品进行抛光处理制成光片。
2、显微组分观察
1)笔石表皮体有显著区别于沥青的特殊生物结构和光学特征,主要表现为:
(a)笔石表皮体生物结构复杂:在显微镜下能观察到一些较完整的笔石表皮体,可以很清晰的看到笔石的公共管道和分支,参见图1A、B;
(b)笔石表皮体有分节或者断断续续的现象,参见图1A、C、E;
(c)笔石表皮体可以观察到类似纹层的纺锤层,参见图1C、D、E;
(d)笔石腔体中往往充填有黄铁矿,参见图1E;
(e)在高过成熟阶段,笔石表皮体表现出强烈的光学各向异性,参见图1B、F。正交光下,在油浸偏光显微镜下旋转物台一周,可观察到四次消光现象。
笔石表皮体是五峰组-龙马溪组页岩中的重要有机质显微组分,具有原生沉积、广泛分布、易于识别等特点,其最大和随机反射率呈良好的线性关系,参见图2。鉴于笔石表皮体随机反射率相对于笔石表皮体最大反射率来说具有测定方便、可测点数多、所用时间短、标准偏差小等优点,确定用笔石表皮体随机反射率作为五峰组-龙马溪组页岩有机质成熟度的表征参数。
2)沥青特殊的光学特征,主要表现为:
固体沥青可分为原沥青和次生沥青,参见图3。原沥青在镜下呈灰白色,顺层产出,大多呈长条状,表面光滑,具有原生和同沉积的特征,大部分各向异性较强。它与笔石的区别是不具纺锤层,没有复杂的结构。次生沥青在镜下颜色与原沥青相似,其颗粒较细小,其产状和光学性质,参见图1C、D、E、F,与笔石表皮体有显著差异,特征如下:
(a)次生沥青的产状为岩石裂隙和孔隙充填;
(b)次生沥青的形态多样,因所充填孔隙、裂隙的形状而异,常呈三角状、不规则状、斑点状、丝状、长条状等;
(c)次生沥青基于光学各向同性或微弱的各向异性。
鉴于牛蹄塘组页岩中缺乏镜质体和笔石表皮体,而沥青广泛分布,其中原沥青具有原生和同沉积的特征,建立了牛蹄塘组原沥青和次生沥青的光学鉴定标志,实现了次生沥青对于原沥青反射率测定干扰的有效排除,奠定了将原沥青随机反射率作为牛蹄塘组页岩有机质成熟度表征参数的技术方法基础。
(3)建立笔石表皮体反射率及原沥青反射率与镜质体反射率的等效关系
针对低成熟度的爱沙尼亚奥陶系含笔石页岩、瑞典含笔石页岩和河南濮阳洪水庄组1块含沥青页岩进行了热模拟实验,建立笔石表皮体、原沥青反射率与镜质体反射率的等效关系。热模拟实验温度点分别为350℃、400℃、450℃、500℃、550℃,保温时间为3天。为了模拟更高成熟度的有机质热演化特征,又在550℃的温度点将保温时间延长至12天和18天进行了模拟。各温度点的反射率测值见表1。
表1热模拟样品各温度点反射率测值
显微组分分析表明,随着模拟温度的升高和保温时间的加长,页岩中笔石表皮体表皮体在油浸反射光下由暗灰色逐渐向灰白色转变,参见图4A-D,随机反射率值从最初0.65%和0.80%分别增加为3.66%和4.03%,且呈线性增加。550℃模拟温度下的爱沙尼亚样品的显微组分面貌同五峰组-龙马溪组页岩的相似,参见图5,具有强烈的光学各向异性。洪水庄组含沥青页岩中原沥青随着模拟温度的升高和保温时间的加长,与笔石表皮体有着相似的变化,即在油浸反射光下由暗灰色逐渐向灰白色转变参见图4E-H,随机反射率值从最初0.76%和0.81%分别增加为4.30%和4.16%,也呈线性增加。550℃模拟温度下的爱沙尼亚和河南濮阳洪水庄组样品的显微组分面貌分别同五峰组-龙马溪组和牛蹄塘组页岩的相似参见图5、图6。这表明,爱沙尼亚和瑞典奥陶系含笔石页岩和河南濮阳洪水庄组含沥青页岩的热模拟实验结果可分别应用到五峰组-龙马溪组页岩笔石表皮体反射率和牛蹄塘组反射率对热演化程度的响应上,而且适用于高过成熟阶段。
通过对爱沙尼亚、瑞典含笔石页岩和河南濮阳洪水庄组含沥青页岩的热压模拟实验,研究了笔石表皮体和原沥青的光性特征及随机反射率对于热演化程度的响应程度,初步建立了笔石表皮体随机反射率(Rgr)与等效镜质体反射率(EqVRo)的转换公式,参见图7A:
EqVRo=1.055×Rgr-0.053,其中:R2=0.98
以及原沥青随机反射率(Rbr)与等效镜质体反射率(EqVRo)的转换公式,参见图7B:
EqVRo=0.9096×Rbr+0.1643,其中:R2=0.96
4)下古生界海相页岩有机质成熟度的评价
选择上扬子地区东部五峰组-龙马溪组6个剖面和4个钻井的页岩样进行了页岩有机质成熟度的评价工作,首先使用显微镜光度计测定笔石表皮体随机反射率,再根据笔石表皮体随机反射率(Rgr)与等效镜质体反射率(EqVRo)的转换公式EqVRo=1.055×Rgr-0.053,(其中:R2=0.98)将其换算成等效镜质体反射率,参见表2。
表2上扬子地区东部五峰组-龙马溪组页岩非粒状笔石表皮体随机反射率值和等效镜质体反射率值
上表中,笔石表皮体随机反射率(%)一栏中的数据表示:
二、验证下古生界海相页岩有机质成熟度的评价方法的有效性
由表2分析可知渝东北城口地区的五峰组-龙马溪组页岩有机质成熟度最低,笔石表皮体随机反射率值介于1.08~1.13%,等效镜质体反射率值介于1.09~1.14%,仍然处于生油窗范围内。渝东北巫溪地区五峰组-龙马溪组页岩有机质成熟度最高,笔石表皮体随机反射率值介于3.77~4.28%,等效镜质体反射率值介于3.93~4.46%。渝东南地区五峰组-龙马溪组页岩有机质成熟度介于两者之间,笔石表皮体随机反射率值介于2.25~3.29%,等效镜质体反射率值介于2.32~3.42%。渝西綦江观音桥五峰组-龙马溪组页岩笔石表皮体随机反射率值为3.16%,等效镜质体反射率值为3.28%。另外,将仰云峰(2016)报道的渝中渝西五峰组-龙马溪组页岩笔石表皮体随机反射率值经等效关系式转换,求得涪陵地区焦页1、2、3和4井五峰组-龙马溪组页岩的等效镜质体反射率值在3.84~4.22%之间;南页1井五峰组-龙马溪组页岩的等效镜质体反射率值达到4.09%;而渝西的丁页1和2井五峰组-龙马溪组页岩的等效镜质体反射率值介于3.23%~3.40%,与测得的綦江观音桥剖面的样品等效镜质体反射率值接近。
在湖北恩施长梁子剖面,五峰组-龙马溪组页岩笔石表皮体随机反射率值为4.27%,等效镜质体反射率值为4.45%,与仰云峰(2016)在湖北利川利页1井五峰组-龙马溪组页岩的测值接近。在贵州道真巴渔村水库剖面,五峰组-龙马溪组页岩笔石表皮体随机反射率值为2.61%,等效镜质体反射率值为2.70%;仰云峰(2016)报道了贵州习水林1井和仁怀仁页1井五峰组-龙马溪组页岩笔石表皮体随机反射率值分别为3.06%和3.15%,等效镜质体反射率值分别为3.18%和3.27%。从五峰组-龙马溪组页岩等效镜质体反射率平面分布特征可以看出,在渝中、渝东北巫溪和湖北存在有机质热演化程度高点,而渝东北城口地区有机质热演化程度较低,仍然处于成熟阶段,参见图8。
从结果来看,①同一口井或者同一个剖面或者相邻井的样品中笔石表皮体随机反射率测值接近,说明结果可靠;②经笔石表皮体随机反射率转换获得的上扬子地区东部五峰组-龙马溪组烃源岩等效镜质体反射率值具有很好的区分度。综上,运用测定笔石表皮体随机反射率换算为等效镜质体反射率来表征五峰组-龙马溪组页岩有机质成熟评价方法是有效的,可行的。
最后需要说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案,本领域的普通技术人员应当理解,那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种下古生界海相页岩有机质成熟度的评价方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)样品采集及筛选
选取海相页岩样品,通过机械抛光或氩离子抛光等抛光设备对样品进行抛光处理制成光片;
2)显微组分观察
(1)笔石表皮体有显著区别于原沥青和次生沥青的特殊生物结构和光学特征,主要表现为:
(a)笔石表皮体生物结构复杂:在显微镜下能观察到一些较完整的笔石表皮体,可以很清晰的看到笔石的公共管道和分支;
(b)笔石表皮体有分节或者断断续续的现象;
(c)笔石表皮体可以观察到类似纹层的纺锤层;
(d)笔石腔体中往往充填有黄铁矿;
(e)在高过成熟阶段,笔石表皮体表现出强烈的光学各向异性;正交光下,在油浸偏光显微镜下旋转物台一周,可观察到四次消光现象;
(2)沥青特殊的光学特征,主要表现为:
原沥青在镜下呈灰白色,顺层产出,大多呈长条状,表面光滑,具有原生和同沉积的特征,大部分各向异性较强,它与笔石表皮体的区别是不具纺锤层,没有复杂的结构;
次生沥青,其颗粒较细小,其产状和光学性质,与笔石表皮体有显著差异,特征如下:
(a)次生沥青的产状为岩石裂隙和孔隙充填;
(b)次生沥青的形态多样,因所充填孔隙、裂隙的形状而异,常呈三角状、不规则状、斑点状、丝状、长条状等;
(c)次生沥青基于光学各向同性或微弱的各向异性;
3)建立笔石表皮体反射率及原沥青反射率与镜质体反射率的等效关系
建立笔石表皮体随机反射率(Rgr)与等效镜质体反射率(EqVRo)的转换公式:
EqVRo=1.055×Rgr-0.053,其中:R2=0.98
以及原沥青随机反射率(Rbr)与等效镜质体反射率(EqVRo)的转换公式:
EqVRo=0.9096×Rbr+0.1643,其中:R2=0.96。
4)下古生界海相页岩有机质成熟度的评价
(1)笔石表皮体反射率和原沥青随机反射率的测定
(a)反射率测定仪器选择:笔石表皮体或原沥青的随机反射率采用显微镜光度计进行测定;
(b)反射率测定对象选择:下奥陶统-上志留统五峰组-龙马溪组页岩以笔石表皮体为测定对象,寒武统页岩样品以原沥青为测定对象;
(c)笔石表皮体和原沥青随机反射率平均值的确定:由于同一样品中各笔石表皮体或原沥青颗粒之间光学性质存在差异,因此必须从一件光片中的不同颗粒上测取足够数量的反射率值,再根据公式(1)计算笔石表皮体平均随机反射率或原沥青平均反射率值,以保证测定结果的代表性;
式中:——平均反射率值,%;
Ri——每个测点的反射率值,%;
n——测点数。
(2)等效镜质体反射率(EqVRo)的计算
笔石表皮体或原沥青的随机反射率不能直接代表页岩有机质的成熟度,必须将它们换算成等效镜质体反射率才能评价有机质成熟度。当笔石作为反射率的测定对象时,先依据公式(1)计算出笔石平均反射率再按照公式 计算等效镜质体反射率(EqVRo)。
当原沥青作为反射率的测定对象时,先依据公式(1)计算出原沥青平均反射率再按照公式计算等效镜质体反射率(EqVRo)。
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