CN113640184A - 一种研究页岩沉积水动力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种研究页岩沉积水动力的方法，该方法包含：将页岩样品采用环境扫描电镜观察，清晰观察到矿物颗粒，在同一比例尺下采集至少1000个图像；将采集图像无缝拼接；确定页岩中的矿物颗粒类型，标定页岩中指示水动力的矿物颗粒；对矿物颗粒类型的图像二值化处理；对二值灰度图像灰度分割，实现矿物颗粒粒径的提取和计算；利用粒度频率值累积曲线图建立沉积环境的典型模式，判别样品中的悬浮搬运组分、跳跃搬运组分和滚动搬运组分。本发明的方法能够简单快速的对页岩中能指示沉积水动力条件的矿物颗粒的粒径进行精细测定统计，弥补了关于页岩沉积动力学研究方法的空缺，有助于后期对页岩的沉积环境及储集性能的非均质性进行研究。
Description
技术领域
本发明属于油气勘探技术领域，具体涉及一种研究页岩沉积水动力的方法。
背景技术
页岩是一种沉积于深水的细粒沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质。页岩形成于静水的环境中，泥沙经过长时间的沉积，所以经常存在于湖泊、河流三角洲地带，在海洋大陆架中也有页岩的形成。
在页岩沉积过程中，水动力条件对其沉积颗粒的矿物成分、粒度、分选、粒形特征等会有十分重要的影响，进而会影响到优质页岩储层的发育。对页岩沉积水动力进行研究，关键是要对其沉积物的粒度参数进行研究。
中国专利CN201710111485.5公开了一种预测沉积物颗粒分布与配比的方法，包括：根据样品或岩心资料，分析岩样的密度、粒度；确定研究区沉积砂体的控制因素，按照颗粒搬运方式的不同，将沉积组分分为两类，根据沉积组分的模拟表征，计算沉积物的体积；重复以上内容，直至实现研究区的定量表征并提取各组分数据，最终实现沉积颗粒分布与配比的预测。但是，该方法所需要考虑的水动力控制因素较多，同时按照颗粒搬运方式的不同，只将沉积组分分为粘性泥沙和非粘性泥沙两类(粗砂、中砂两种)后对其进行沉积模拟，并未提及其它细粒沉积物的沉积水动力研究，而页岩是一种细粒沉积物，其颗粒矿物组成复杂，粒径变化范围较大，因此该方法在页岩的沉积水动力学研究中并不适用。
发明内容
本发明的目的是提供一种研究页岩沉积水动力的方法，解决了现有的方法不适用于页岩的沉积水动力学研究的问题，能够简单快速的对页岩中能指示沉积水动力条件的矿物颗粒的粒径进行精细测定统计，弥补了关于页岩沉积动力学研究方法的空缺，有助于后期对页岩的沉积环境及储集性能的非均质性进行研究。
为了达到上述目的，本发明提供了一种研究页岩沉积水动力的方法，该方法包含：将采集并切割的页岩样品进行氩离子抛光，采用环境扫描电镜观察，清晰观察到矿物颗粒，在同一比例尺下采集至少1000个图像并进行拍照保存；利用图像处理软件对所采集图像进行无缝拼接，将相邻的图像拼接为1张，依次完成多个区域的图像拼接；利用图像分析软件并结合EDS能谱，确定页岩中的矿物颗粒类型，基于环境扫描电镜图像的灰阶分布进行背景扣除，设置灰度阙值，分别标定页岩中指示水动力的矿物颗粒，矿物颗粒包含：长石、石英和碳酸盐岩矿物；根据实际需要设定标尺，依次对所选定的矿物颗粒类型的图像进行二值化处理，使图像变为白色背景和黑色岩石颗粒的两种灰度级的二值灰度图像；对所述二值灰度图像进行灰度分割，依次标定所需测定的矿物颗粒，然后通过自动扫描、人工追踪的方法，识别颗粒矿物边缘，并利用Analyze Particles命令统计并测量目标区域矿物的粒径大小，实现页岩图像中矿物颗粒粒径的提取和计算；利用粒度频率值累积曲线图建立沉积环境的典型模式，判别样品中的悬浮搬运组分、跳跃搬运组分和滚动搬运组分：根据页岩样品中统计的石英、长石和碳酸盐岩矿物的粒径参数分别绘制石英、长石和碳酸盐岩矿物的粒度频率值累积曲线图，判断页岩样品中石英、长石颗粒的搬运方式，研究页岩沉积水动力条件，判断碳酸盐岩矿物在沉积过程中有无水动力的影响，并利用页岩中石英、长石、碳酸盐岩矿物三者粒径大小及其粒度参数组合综合研究分析页岩的沉积水动力条件。
优选地，所述相邻的图像拼接采用Adobe Photoshop图像处理软件。
优选地，所述图像分析软件为ImageJ图像分析软件。
优选地，所述页岩样品切割成1cm×1cm×1cm规格的样品。
本发明的研究页岩沉积水动力的方法，解决了现有的方法不适用于页岩的沉积水动力学研究的问题，具有以下优点：
本发明的方法能够简单快速的对页岩中能指示沉积水动力条件的矿物颗粒的粒径进行精细测定统计，利用页岩中矿物粒度频率值累积曲线图建立沉积环境的典型模式对页岩的沉积水动力环境进行分析预测，弥补了关于页岩沉积动力学研究方法的空缺，有助于后期对页岩的沉积环境及储集性能的非均质性进行研究，进而确定优质页岩储层的发育，为页岩气勘探中有利目标区的找寻提供依据，加快页岩气的勘探突破，助力我国“3060”双碳目标的实现。
本发明的方法简单易用，仅需要对样品进行氩离子抛光、扫描电镜进行观察，结合ImageJ软件进行图像处理和数据统计，根据石英、长石、碳酸盐岩三种矿物粒度频率值累积曲线图判断沉积水动力条件，所需时间较短，形象直观地展示了样品的粒度分布特征和页岩中沉积物来源和沉积物搬运趋势等古地理信息。
附图说明
图1为本发明扫描电镜500×倍数下采集的图像。
图2为本发明长石二值灰度处理图像的结果。
图3为本发明粒度频率图及粒度总体划分示意图。
图4为本发明石英粒度频率值累积曲线图。
图5为本发明长石粒度频率值累积曲线图。
图6为本发明碳酸盐岩矿物粒度频率值累积曲线图。
图7为本发明矿物粒度频率值累积曲线图。
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。
实施例1
一种研究页岩沉积水动力的方法，该方法包含：
(1)通过岩芯或野外剖面采集页岩样品；
(2)将采集的样品切割成1cm×1cm×1cm的规格；
(3)对切割的样品进行氩离子抛光并放入环境扫描电镜下进行观察；
(4)将环境扫描电镜放大到合适倍数，直至矿物颗粒清晰后进行观察(参见图1)，在同一比例尺下采集至少1000个图像并进行拍照保存；
(5)利用Adobe Photoshop图像处理软件对所采集图像进行无缝拼接，将相邻的图像拼接为1张，依次完成多个区域的图像拼接；
(6)利用ImageJ图像分析软件，结合EDS能谱确定页岩中的矿物颗粒类型，基于扫描电镜图像的灰阶分布进行背景扣除，设置灰度阙值，分割成像后的图像仅显示所标定的矿物种类。具体操作为：基于页岩样品扫描电镜图像的灰阶分布特征进行背景扣除，通过灰度值范围的设定将可以反映沉积水动力的长石、石英、碳酸盐岩组分分为a、b、c三类，分别将其作为研究对象，第一步选择矿物a灰度值为x-255的图像作为研究对象，将255-x的图像部分进行背景扣除，将其作为一个研究样品进行统计分析，接下来重复以上步骤对研究对象b、c进行统计分析。其中，x代表选定的灰度分割阙值，这个值必须要通过实际样品的灰阶分布特征来进行选取，一般可取整个样品表面灰度的中值，其取值范围为0-255之间，在灰度阙值设置合理时，分割成像后的图像仅显示所标定的矿物种类(参见图2)；
(7)对图片进行灰度分割，依次标定所需测定的石英、长石、碳酸盐岩矿物，然后通过自动扫描、人工追踪的方法，识别颗粒矿物边缘，并利用Analyze Particles命令统计并测量目标区域矿物的粒径大小，最终实现页岩图像中石英、长石、碳酸盐岩矿物粒径的提取和计算；
(8)利用粒度频率值累积曲线图建立沉积环境的典型模式(其中，粒度频率值累积曲线图的横坐标表示矿物的粒度区间，纵坐标表示各粒度区间的含量百分比)(参见图3)，沉积物存在着滚动、跳跃、悬浮三种搬运方式，由于搬运介质水动力条件的不同，沉积时流体的性质以及自然地理条件的不同，造成沉积物被搬运和沉积方式上的差别，这些差别可以在粒度频率曲线上会有所反映，具体表现为直线段数目、线段分布区间、频率、线段斜率、线段间交切点等差异。由于粒度特征是沉积水动力条件的沉积响应，不同沉积环境具有不同的沉积水动力特征，从而具有不同的粒度特征，其中，最细的颗粒在水流中呈悬浮搬运，在页岩中，其颗粒大小是水流搅动强度的标志，在粒度频率图中形成一个独立的悬浮搬运总体，居于图的右上方。跳跃搬运是指沉积物一边跳跃、一边向前搬运，其搬运的颗粒大小一般在0.1mm以上，最大跳跃搬运颗粒粒度受水的流速、水深以及底层性质等因素的控制，跳跃搬运后，最粗的颗粒集中于底部。动荡的流水易对跳跃搬运的颗粒进行分选，在粒度频率图中总体表现为直线段居于图的中央，由于沉积水动力条件的差异，总体可以发育为1-2个跳跃粒度总体。滚动搬运组分是最粗粒的沉积物组分，在页岩中相对含量较少，只能沿底面滑动、滚动、拖拽前进。在陡坡中滚动颗粒较多，随坡度的降低滚动颗粒明显减少。在粒度上，滚动总体居于左下方，为水动力较强的粗粒沉积。判别样品中的悬浮搬运组分、跳跃搬运组分和滚动搬运组分，具体为：
根据页岩样品中统计的石英矿物粒径参数绘制石英粒度频率值累积曲线图，判断页岩样品中石英颗粒的搬运方式，研究页岩沉积水动力条件(参见图4)；根据页岩样品中统计的长石矿物粒径参数绘制长石粒度频率值累积曲线图，判断页岩样品中长石颗粒的搬运方式，研究页岩沉积水动力条件(参见图5)；根据页岩样品中统计的碳酸盐岩矿物的粒径参数绘制碳酸盐岩矿物粒度频率值累积曲线图，判断多为化学成因的碳酸盐岩矿物在沉积过程中有无水动力的影响(参见图6)；。
利用页岩中石英、长石、碳酸盐岩矿物三者粒径大小及其粒度参数组合综合研究分析页岩的沉积水动力条件(参见图7)。页岩沉积物中多为悬浮、跳跃搬运组分，可见少量滚动搬运组分，因此多数页岩样品的粒度频率图包含多个直线段。直线段的斜率代表着矿物组分的分选性，线段越陡说明分选程度越好。由图7可见，每一个直线段有一定的粒度分布区间和一定的斜率，表明了沉积物中每一个粒度总体都有一定的平均粒径和标准偏差。在页岩沉积过程中，悬浮组分很多，相应在图上线段较长。石英和长石多为跳跃搬运组分，这部分石英、长石分选性很好，在直线段中斜率也就相对较大，也存在少量滚动搬运组分，其粒径较大，相应地在图上线段很短，有些甚至缺少滚动组分。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (4)
1.一种研究页岩沉积水动力的方法，其特征在于，该方法包含：
将采集并切割的页岩样品进行氩离子抛光，采用环境扫描电镜观察，清晰观察到矿物颗粒，在同一比例尺下采集至少1000个图像并进行拍照保存；
利用图像处理软件对所采集图像进行无缝拼接，将相邻的图像拼接为1张，依次完成多个区域的图像拼接；
利用图像分析软件并结合EDS能谱，确定页岩中的矿物颗粒类型，基于环境扫描电镜图像的灰阶分布进行背景扣除，设置灰度阙值，分别标定页岩中指示水动力的矿物颗粒，矿物颗粒包含：长石、石英和碳酸盐岩矿物；根据实际需要设定标尺，依次对所选定的矿物颗粒类型的图像进行二值化处理，使图像变为白色背景和黑色岩石颗粒的两种灰度级的二值灰度图像；
对所述二值灰度图像进行灰度分割，依次标定所需测定的矿物颗粒，然后通过自动扫描、人工追踪的方法，识别颗粒矿物边缘，并利用AnalyzeParticles命令统计并测量目标区域矿物的粒径大小，实现页岩图像中矿物颗粒粒径的提取和计算；
利用粒度频率值累积曲线图建立沉积环境的典型模式，判别样品中的悬浮搬运组分、跳跃搬运组分和滚动搬运组分：根据页岩样品中统计的石英、长石和碳酸盐岩矿物的粒径参数分别绘制石英、长石和碳酸盐岩矿物的粒度频率值累积曲线图，判断页岩样品中石英、长石颗粒的搬运方式，研究页岩沉积水动力条件，判断碳酸盐岩矿物在沉积过程中有无水动力的影响，并利用页岩中石英、长石、碳酸盐岩矿物三者粒径大小及其粒度参数组合综合研究分析页岩的沉积水动力条件。
2.根据权利要求1所述的研究页岩沉积水动力的方法，其特征在于，所述相邻的图像拼接采用Adobe Photoshop图像处理软件。
3.根据权利要求1所述的研究页岩沉积水动力的方法，其特征在于，所述图像分析软件为ImageJ图像分析软件。
4.根据权利要求1所述的研究页岩沉积水动力的方法，其特征在于，所述页岩样品切割成1cm×1cm×1cm规格的样品。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant |