CN112285325B - 一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法，包括：统计孢粉相样品中每种沉积有机质成分的含量；计算地层中每种沉积有机质含量：结合研究地区地层沉积速率，岩石密度，计算出单位时间内沉积的单位面积地层中每种沉积有机质含量；计算孢粉相样品中每种沉积有机质体碳重量；计算单位时间沉积的单位面积地层中沉积有机质碳总重量；对孢粉相古生产力数值进行标准化处理，得到古湖盆古生产力的定量表征。本发明实现了古湖盆古生产力的定量计算以及多方法对比验证，有效的完善了传统湖相烃源岩评价方法，具有实用性强，可推广性强等优点，在实际应用中取得了良好效果。

Description

一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法
技术领域
本发明涉及一种定量表征古湖盆古生产力的方法。特别是涉及一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法。
背景技术
烃源岩评价是石油地质研究的关键问题。传统的烃源岩研究主要是通过岩石热解，族组分，饱和烃质谱-色谱，芳烃色质等油气地球化学分析方法对烃源岩中有机质类型，丰度及成熟度等参数进行分析的基础之上对烃源岩开展综合评价，以定性研究为主。烃源岩定量评价研究主要集中在海相地层，湖相烃源岩相对于海相烃源岩研究而言，非均质性更强，类型更多，成因更复杂，导致研究难度更大。海相烃源岩定量研究方法应用于湖相烃源岩需要先判别可行性，大部分是不可行的。此外，单纯的地球化学研究方法对测试的样品质量要求高，并且生烃有机质类型仅能明确到大类，具体的生烃生物属种类型不明确，难以开展系统的烃源岩生烃机理研究。
孢粉相是指用HCl和HF从沉积物或沉积岩中获得的所有有机质，是沉积岩中有机质成分，生态特征以及沉积环境的综合地质表征，并且基本涵盖了湖相烃源岩的主要生烃物质类型，包含藻类，孢粉，无定形，丝炭，角质等，是评价湖盆烃源岩生烃潜力的理想指标。但是孢粉相并不能包含所有的生烃物质类型，并且受埋藏效率等因素影响，并不是所有的有机质均能以化石的形式保存下来，因此通过古生物学与地球化学的方法综合，开展烃源岩定量评价是一条可行方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够有效的完善传统湖相烃源岩定量评价方法的基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法。
本发明所采用的技术方案是：一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法，包括如下步骤：
1)统计孢粉相样品中每种沉积有机质成分的含量；
2)计算地层中每种沉积有机质含量：结合研究地区地层沉积速率，岩石密度，计算出单位时间内沉积的单位面积地层中每种沉积有机质含量；
3)计算孢粉相样品中每种沉积有机质体碳重量；
4)计算单位时间沉积的单位面积地层中沉积有机质碳总重量；
5)对孢粉相古生产力数值进行标准化处理，得到古湖盆古生产力的定量表征。
本发明的一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法，利用湖盆孢粉相定量分析，根据现代生态学，现代生物热模拟，烃源岩有机质单组分热解等生物化学实验结果基础之上，系统建立孢粉相定量评价古生产力的方法体系，并且通过传统地球化学方法进行对比检验，实现了古湖盆古生产力的定量计算以及多方法对比验证，有效的完善了传统湖相烃源岩评价方法，具有实用性强，可推广性强等优点，在实际应用中取得了良好效果。
附图说明
图1是本发明一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法的流程图；
图2是本发明孢粉相计算的古生产力数值与有机碳法计算的古生产力绝对值之间的相关性图；
图3是孢粉相计算的古生产力数值与有机碳法计算的古生产力绝对值之间的函数关系；
图4是本发明应用于探井古生产力计算实例1；
图5是本发明应用于探井古生产力计算实例2。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法做出详细说明。
如图1所示，本发明的一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法，包括如下步骤：
1)统计孢粉相样品中每种沉积有机质成分的含量；包括：
统计孢粉相样品中每种沉积有机质成分的含量：对每个孢粉相岩石样品进行称重，并在每个样品中加入已知个数的直径为50微米的石松孢子进行实验前处理得到孢粉相样品，对孢粉相样品在显微镜下采用面积法计数，将每种有机质每直径为50微米的圆形区域计数为1，分别统计出藻类、角质、孢质、木质和丝质五种有机质圆形区域的个数，再结合从显微镜下观测到孢粉相样品中的石松孢子的个数，根据如下公式换算出每克样品中每种沉积有机质成分的含量：Or＝BN/AD，其中，Or为每克岩石样品中每种沉积有机质成分的含量，单位为个，B为加入孢粉相岩石样品中的直径为50微米的石松孢子的个数，N为每种有机质每直径为50微米的圆形区域的个数，A为每个孢粉相岩石样品的重量，单位为克，D为显微镜下观测到孢粉相样品中的石松孢子的个数。
所述的藻类成分包含沟鞭藻、淡水藻类、疑源类及水源无定形，所述的孢质包含孢子、花粉及菌孢，所述的木质包含陆源无定形及镜质体，丝质体包含煤及丝炭。
2)计算地层中每种沉积有机质含量：结合研究地区地层沉积速率，岩石密度，计算出单位时间内沉积的单位面积地层中每种沉积有机质含量；
结合研究地区地层沉积速率u，单位为厘米每千年，岩石密度ρ，单位为克每立方厘米，根据公式Q＝10uρOr分别计算出单位时间沉积的单位面积地层中藻类、角质、孢质、木质和丝质每种沉积有机质对应的含量QAlgae，QCutin，QSpore，QWood，QFusinite，其中，Q为单位时间沉积的单位面积地层中每种沉积有机质含量，单位为个，u表示沉积速率，单位为厘米每千年，ρ表示岩石密度取2.5g/cm3，Or为每克岩石样品中每种有机质成分的含量，单位为个。
3)计算孢粉相样品中每种沉积有机质体碳重量；包括：
结合体积法通过公式m＝RV，计算每个有机质体碳重量，其中，m表示每个沉积有机质体碳重量，单位为克，V表示沉积有机质体积，采用直径为50微米的球形体积计算，单位为立方微米；R表示有机碳转化系数，是根据已知藻类的有机碳转化系数为0.13，以及已知藻类、角质、孢质、木质和丝质热解后有机碳含量分别为64.41％、64.02％、76.59％、61.29％和56％，通过公式R＝TOC×0.13/64.41％分别得到角质、孢质、木质和丝质有机碳转化系数R，其中，TOC表示每种沉积有机质的有机碳含量，64.41％为藻类热解后有机碳含量。
4)计算单位时间沉积的单位面积地层中沉积有机质碳总重量；包括：
将步骤2)得到的每种沉积有机质含量数与步骤3)得到的每种沉积有机质体碳重量相乘，然后对藻类、角质、孢质、木质和丝质五种有机质求和：
Figure BDA0002754390520000031
Figure BDA0002754390520000032
其中M总碳为单位时间沉积的单位面积地层中沉积有机质碳总重量，单位为克，d为50μm，u表示沉积速率，单位为厘米每千年，ρ表示岩石密度取2.5g/cm3，RAlgae、RCutin、RSpore、RWood、RFusinite分别表示藻类、角质、孢质、木质和丝质的有机碳转化系数，单位为微微克每立方微米，OrAlgae、OrCutin、OrSpore、OrWood、OrFusinite分别表示每克岩石样品中藻类、角质、孢质、木质和丝质五种有机质成分的含量，单位为个。
5)对孢粉相古生产力数值进行标准化处理，得到古湖盆古生产力的定量表征；包括：
通过地球化学有机碳方法根据公式PP＝C*ρu*(1-Φ)/(0.0030*S0.30)，计算每个岩石样品古生产力数值，其中，PP为计算的古生产力绝对值，单位为克每平方米每年，C为校正后的岩石热解有机碳含量，ρ表示岩石密度取2.5g/cm3，u表示地层沉积速率，单位为厘米每千年，Φ表示岩石孔隙度；根据步骤4)得到的公式
Figure BDA0002754390520000033
Figure BDA0002754390520000034
对研究地区探井的古生产力进行计算，选取相关性最好的探井获取孢粉相计算的古生产力数值与有机碳法计算的古生产力绝对值之间的函数关系为PP＝442.75M总碳 0.5824，，从而得到基于孢粉相定量研究推导的古生产力绝对值的定量表征公式：MPP＝442.75M总碳 0.5824，其中M总碳为单位时间沉积的单位面积地层中沉积有机质碳总重量，单位为克，MPP为标准化处理后的单位时间沉积的单位面积地层中沉积有机质碳总重量，即孢粉相恢复的古生产力绝对值，单位为克。
本发明样本采集来源于井号为JX1-1-2D、JX1-1E-1、JX1-2N-1、JZ16-2-1、JZ16-2S-1、JZ17-3-1、JZ20-1-1、JZ20-2-13、JZ20-5-2、JZ20-6-1、JZ23-1-3、JZ23-1N-1、JZ23-2N-1、JZ25-1-6、JZ31-1-1、JZ31-2-1、JZ31-6-1、JZ32-4-1D、KL10-1-2、KL11-2-2、KL6-4-2、LD16-3-2、LD16-3N-1、LD16-3S-1、LD16-3S-2、LD17-1-1、LD21-1-2、LD21-2-1D、LD21-2-3、LD27-2-2、LD27-2S-1、LD28-1-1、LD8-2-1、QHD29-2E-1、QHD29-2E-6、QHD30-1-1共36口井126个孢粉相定量样品，638个有机碳实测数据，66个烃源岩岩石薄片资料。根据建立的方法体系对渤海海域沙一段页岩层段古生产力进行恢复，结果表明该方法计算的页岩平均古生产力约2454.97g/(m2a)，通过有机碳法直接恢复的古生产力平均值为1489.14g/(m2a)，结合岩石薄片镜下观察结果对比显示孢粉相计算结果更接近实际。并且对KL10-1-2丝炭，高熟镜质体普遍发育的井段分别用有机碳方法以及孢粉相研究的方法计算古生产力表明，单纯TOC计算的古生产力是1460g/(m2a)，而孢粉相统计结果却是592g/(m2a)，结合有机质显微照片来看，该井段有机质成分以丝质为主，生烃潜力不高，孢粉相计算的烃源岩生烃潜力更符合实际，值得推广使用。
图2为本发明相关性最好的探井JZ25-1-6井孢粉相计算的古生产力数值与有机碳法计算的古生产力绝对值之间的相关性图，综合对比显示该标准井中孢粉相计算古生产力指数与有机碳法计算的古生产力具有较好的相关性图3为JZ25-1-6井孢粉相计算的古生产力数值与有机碳法计算的古生产力绝对值之间的函数关系。
图4为本发明应用于探井古生产力计算实例1，分别用有机碳法计算古生产力的传统方法与本发明提出的一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法，计算QHD30-1-1井古生产力结果显示，3055m处岩屑孢粉相分析计算的古生产力为2495g/(m2a)，与3054.5m处用岩心实测TOC，运用有机碳法计算的古生产力值2160g/(m2a)接近。但是3054m处取岩屑实测TOC，运用有机碳法计算的古生产力值仅为508g/(m2a)。并且通过孢粉相显微组分显示，该井段有机质含量丰富，生烃潜力高的藻类及水源无定形含量高，荧光显微镜下呈橙色-亮橙色荧光，指示较好生烃潜力。综合对比显示孢粉相计算的古生产力更接近地下真实情况。
图5为本发明应用于探井古生产力计算实例2，分别用有机碳法与本发明提出一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法计算KL6-4-2井沙三段古生产力显示，均指示较好的生烃潜力。有机碳法计算的古生产力数值波动大，最小值742g/(m2a)，最大值2077g/(m2a)，平均值达1460g/(m2a)。孢粉相恢复的该井段古生产力最低值679g/(m2a)，最大值1588g/(m2a)，平均值1162g/(m2a)。有机碳法恢复的古生产力最大值在3080井段，实测TOC高达6.56％，但是该井段的显微有机质分析显示，有机质含量高，但是主要以陆源无定形为主，生烃潜力较上部地层弱，对比显示孢粉相恢复古生产力更符合烃源岩实际生烃潜力。

Claims (5)

1.一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)统计孢粉相样品中每种沉积有机质成分的含量；
2)计算地层中每种沉积有机质含量：结合研究地区地层沉积速率，岩石密度，计算出单位时间内沉积的单位面积地层中每种沉积有机质含量；
3)计算孢粉相样品中每种沉积有机质体碳重量；
4)计算单位时间沉积的单位面积地层中沉积有机质碳总重量；包括：
将步骤2)得到的每种沉积有机质含量数与步骤3)得到的每种沉积有机质体碳重量相乘，然后对藻类、角质、孢质、木质和丝质五种有机质求和：
Figure FDA0003831399670000011
Figure FDA0003831399670000012
其中M总碳为单位时间沉积的单位面积地层中沉积有机质碳总重量，单位为克，d为50μm，u表示沉积速率，单位为厘米每千年，ρ表示岩石密度取2.5g/cm3，RAlgae、RCutin、RSpore、RWood、RFusinite分别表示藻类、角质、孢质、木质和丝质的有机碳转化系数，单位为皮克每立方微米，OrAlgae、OrCutin、OrSpore、OrWood、OrFusinite分别表示每克岩石样品中藻类、角质、孢质、木质和丝质五种有机质成分的含量，单位为个；
5)对孢粉相古生产力数值进行标准化处理，得到古湖盆古生产力的定量表征；包括：
通过地球化学有机碳方法根据公式PP＝C*ρ*(1-Φ)/(0.0030*S0.30)，计算每个岩石样品古生产力数值，其中，PP为计算的古生产力绝对值，单位为克每平方米每年，C为校正后的岩石热解有机碳含量，ρ表示岩石密度取2.5g/cm3，S表示地层沉积速率，单位为厘米每千年，Φ表示岩石孔隙度；根据步骤4)得到的公式
Figure FDA0003831399670000013
Figure FDA0003831399670000014
对研究地区探井的古生产力进行计算，选取相关性最好的探井获取孢粉相计算的古生产力数值与有机碳法计算的古生产力绝对值之间的函数关系为PP＝442.75M总碳 0.5824，从而得到基于孢粉相定量研究推导的古生产力绝对值的定量表征公式：MPP＝442.75M总碳 0.5824，其中M总碳为单位时间沉积的单位面积地层中沉积有机质碳总重量，单位为克，MPP为标准化处理后的单位时间沉积的单位面积地层中沉积有机质碳总重量，即孢粉相恢复的古生产力绝对值，单位为克。
2.根据权利要求1所述的一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法，其特征在于，步骤1)包括：
统计孢粉相样品中每种沉积有机质成分的含量：对每个孢粉相岩石样品进行称重，并在每个样品中加入已知个数的直径为50微米的石松孢子进行实验前处理得到孢粉相样品，对孢粉相样品在显微镜下采用面积法计数，将每种有机质每直径为50微米的圆形区域计数为1，分别统计出藻类、角质、孢质、木质和丝质五种有机质圆形区域的个数，再结合从显微镜下观测到孢粉相样品中的石松孢子的个数，根据如下公式换算出每克样品中每种沉积有机质成分的含量：Or＝BN/AD，其中，Or为每克岩石样品中每种沉积有机质成分的含量，单位为个，B为加入孢粉相岩石样品中的直径为50微米的石松孢子的个数，N为每种有机质每直径为50微米的圆形区域的个数，A为每个孢粉相岩石样品的重量，单位为克，D为显微镜下观测到孢粉相样品中的石松孢子的个数。
3.根据权利要求2所述的一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法，其特征在于，所述的藻类包含沟鞭藻、淡水藻类、疑源类及水源无定形，所述的孢质包含孢子、花粉及菌孢，所述的木质包含陆源无定形及镜质体，丝质体包含煤及丝炭。
4.根据权利要求1所述的一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法，其特征在于，步骤2)是结合研究地区地层沉积速率u，单位为厘米每千年，岩石密度ρ，单位为克每立方厘米，根据公式Q＝10uρOr分别计算出单位时间沉积的单位面积地层中藻类、角质、孢质、木质和丝质每种沉积有机质对应的含量QAlgae，QCutin，QSpore，QWood，QFusinite，其中，Q为单位时间沉积的单位面积地层中每种沉积有机质含量，单位为个，u表示沉积速率，单位为厘米每千年，ρ表示岩石密度取2.5g/cm3，Or为每克岩石样品中每种有机质成分的含量，单位为个。
5.根据权利要求1所述的一种基于孢粉相研究定量表征古湖盆古生产力的方法，其特征在于，步骤3)包括：结合体积法通过公式m＝RV，计算每个有机质体碳重量，其中，m表示每个沉积有机质体碳重量，单位为克，V表示沉积有机质体积，采用直径为50微米的球形体积计算，单位为立方微米；R表示有机碳转化系数，是根据已知藻类的有机碳转化系数为0.13，以及已知藻类、角质、孢质、木质和丝质热解后有机碳含量分别为64.41％、64.02％、76.59％、61.29％和56％，通过公式R＝TOC×0.13/64.41％分别得到角质、孢质、木质和丝质有机碳转化系数R，其中，TOC表示每种沉积有机质的有机碳含量，64.41％为藻类热解后有机碳含量。
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