CN115684554B

CN115684554B - 富有机质泥页岩的四端元岩相划分方法、系统及介质

Info

Publication number: CN115684554B
Application number: CN202211557446.5A
Authority: CN
Inventors: 周能武; 卢双舫; 姜新雨; 李柏知; 刘阳; 李文镖
Original assignee: Sanya Offshore Oil And Gas Research Institute Of Northeast Petroleum University
Current assignee: Sanya Offshore Oil And Gas Research Institute Of Northeast Petroleum University
Priority date: 2022-12-06
Filing date: 2022-12-06
Publication date: 2023-08-11
Anticipated expiration: 2042-12-06
Also published as: CN115684554A

Abstract

本发明属于页岩油气勘探与开发技术领域，公开了一种富有机质泥页岩岩相划分方法、系统、介质、设备及终端，对泥页岩岩心完成全岩X衍射、TOC分析测试；计算单位体积泥页岩中有机质的体积占比和单位体积泥页岩中各类矿物的体积占比，获得单位体积泥页岩中有机质和各类矿物的体积占比，确定长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物以及有机质四类组成占比；利用四端元三维可视化投点模型和泥页岩岩相划分标准，将长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质四组分的体积占比数值投点后划分得到对应的泥页岩岩相类型。本发明考虑岩石组分体积占比更符合岩相划分方案的本质及意义，对富有机质页岩岩相的划分具有不可替代性。

Description

富有机质泥页岩的四端元岩相划分方法、系统及介质

技术领域

本发明属于页岩油气勘探与开发技术领域，尤其涉及一种富有机质泥页岩岩相划分方法、系统、介质、设备及终端。

背景技术

岩相划分是页岩油气勘探的首要步骤。目前的页岩岩相划分方法主要可以归纳为4类：（1）依据岩性、构造、粒度等宏观上的沉积特征对泥页岩岩相进行划分；（2）依据古生物组合特征划分泥页岩岩相；（3）以黏土矿物、长英质矿物和碳酸盐矿物组分为基础的矿物三端元岩相划分方案；（4）也有部分学者将用于评价泥页岩生烃能力的TOC纳入了岩相划分方案当中，建立了“无机矿物含量+有机质丰度”的“三端元四组分”岩相划分方案。其中以矿物三端元法为基础，并根据研究区实际情况结合TOC、层理构造或古生物组合特征综合建立起的岩相划分方案是目前最常用的泥页岩岩相划分方案。传统的泥页岩岩相划分方案选取矿物XRD测试的三类矿物（长英质矿物、碳酸盐以及黏土）质量占比作为三端元投点分析确定岩相类型，该方案在TOC含量低、有机质体积占比低的泥页岩当中是适用的；而对于TOC含量高的富有机质泥页岩，由于有机质体积占比高，应当作为岩石的组成部分参与岩相划分，传统的泥页岩岩相划分方案忽略了有机质作为岩石组成部分在岩相划分中的意义。同时，由于不同矿物之间密度存在差异，从质量角度划分岩相的传统三端元法可能并不严谨，也远不如传统沉积学和岩石学中运用体积占比表示组分含量差异的科学性强。因此，亟需设计一种新的、适用于高TOC含量的富有机质泥页岩的岩相划分方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：泥页岩岩石组分主要由有机质和无机矿物组成。目前常用的矿物三端元岩相划分方案，主要依据矿物X衍射实验得到的不同矿物占总矿物的质量分数来表示矿物含量，从而进行岩相划分。这一方案忽略了有机质作为泥页岩岩石骨架的部分，这在有机质含量占比较低的地层当中是适用的。但对于有机质含量较高的泥页岩，只考虑无机矿物部分而忽视含量较高的有机质部分是不合理的。只通过XRD值进行岩相划分，可能会出现如下情况：一套富有机质泥页岩和一套低有机质泥页岩可能矿物XRD值相同或相近，依据矿物三端元法可能会得到相同的岩相类型，但二者显然成分含量差别很大，矿物三端元法无法将二者区分开，无法真正反映出二者泥页岩成分的差别。同时，矿物三端元法从质量分数角度去表示成分含量并不符合科学性，而传统沉积学和岩石学从体积分数角度去表示成分含量科学性更强，也更符合岩相划分的本质意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种富有机质泥页岩岩相划分方法、系统、介质、设备及终端。

本发明是这样实现的，一种富有机质泥页岩的四端元岩相划分方法，所述富有机质泥页岩岩相划分方法包括：通过TOC测试、矿物X衍射实验、有机质类型、有机质密度和矿物密度，计算得到有机质和各种矿物占单位岩石的体积占比；对计算得到的有机质和各种矿物占单位岩石的体积占比进行归一化处理后，确定长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物以及有机质四大类组成的占比，并作为岩相划分的四个组分端元，建立正四面体三维可视化模型和四端元岩相划分标准；划分标准为：当某一组分A体积占比大于50%，则将泥页岩岩相定名为“A质页岩”，若存在第二组分B介于25%~50%，则命名为“含BA质页岩”；当四者含量均低于50%时定名为“混合质页岩”，若有多种组分A和B均介于25%~50%，则定义为“含A含B混合质页岩”，组分按照含量从少到多的顺序排列。

进一步，所述富有机质泥页岩岩相划分方法包括以下步骤：

步骤一，对目标区域采集的泥页岩岩心完成全岩X衍射、TOC分析测试；

（该步骤的积极作用：获取矿物和toc的含量测试数据）

步骤二，利用步骤一得到的TOC和和全岩X衍射测试结果，结合盆地有机质类型，计算获得单位体积泥页岩中有机质的体积占比和单位体积泥页岩中各类矿物的体积占比；（该步骤的积极作用：将步骤一得到的实验测试数据计算转化得到有机质和矿物的体积占比，用于后续岩相划分）

步骤三，将步骤二中计算得到的有机质体积和矿物体积进行归一化处理，获得单位体积泥页岩中有机质和各类矿物的体积占比；（该步骤的积极作用：步骤二得到的有机质和无机矿物的体积占比是各自计算得到的值，相加不等于100%，归一化即可得到统一的单位体积泥页岩中有机质和无机矿物的体积占比，相加等于100%。）

步骤四，利用步骤三中计算得到的泥页岩有机质和无机矿物各组分的体积占比，确定长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物以及有机质四大类组成的占比；（该步骤的积极作用：参考矿物三端元法的分类方式，选取主要的矿物类型，将石英和长石归为长英质矿物、方解石和白云石归为碳酸盐矿物，再加上黏土和有机质，可以全面真实的反应泥页岩的成分组成）

步骤五，将有机质、长英质矿物、碳酸盐矿物和黏土矿物四个岩石组分作为页岩岩相划分的四端元，建立四端元三维可视化投点模型和对应的泥页岩岩相划分方法；（该步骤的积极作用：建立泥页岩岩相划分方案，即可根据步骤四中得到的长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物以及有机质四大类组成得到相对应的岩相类型；建立四端元三维可视化投点模型，与建立的泥页岩岩相划分方法相匹配，可以较为直观地理解泥页岩岩相划分方法，较为直观地展现相应的泥页岩岩相类型）

步骤六，利用步骤五建立的四端元三维可视化投点模型和泥页岩岩相划分方法，将步骤四计算得到的长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质四组分的体积占比数值投点后划分得到对应的泥页岩岩相类型。

进一步，所述步骤二中的利用TOC、有机质类型和全岩X衍射测试结果计算获得单位体积泥页岩中有机质的体积占比和单位体积泥页岩中各类矿物的体积占比包括：

式中，V_有机质为单位体积泥页岩中有机质的体积，cm³；m_有机质为单位质量泥页岩中有机质质量，g；ρ_有机质为干酪根密度，g/cm³；ρ_岩石为岩石密度，g/cm³；TOC为单位质量泥页岩中总有机碳质量，g；A为有机质中C原子质量占比，根据有机质类型确定；V_i为单位体积泥页岩中矿物i占据的体积，cm³；m_i为单位质量泥页岩中矿物i的质量，g；ρ_i为矿物i的密度，g/cm³；M_i为无机矿物中矿物i的质量占比，%，由XRD衍射实验测试获得。

进一步，所述步骤三中的将计算得到的有机质体积和矿物体积进行归一化处理，获得单位体积泥页岩中有机质和各类矿物的体积占比包括：

将计算得到的有机质体积和矿物体积进行归一化处理，获得单位体积泥页岩中有机质和无机矿物的体积占比；其中，将体积占比小于25%的特殊矿物（如黄铁矿、重晶石和锐钛矿等）忽略，不参与归一化处理；根据归一化后得到的泥页岩有机质和无机矿物各组分的体积占比，将石英和长石归为长英质矿物，方解石、白云石和菱铁矿归为碳酸盐矿物，求和得到长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质的体积占比；

式中，K_j为归一化得到的单位体积泥页岩中包括无机组分和有机组分的组分j的体积占比，V_j为单位体积泥页岩中组分j的体积占比；V_长英质为单位体积页岩中长英质矿物的体积占比；V_碳酸盐为单位体积页岩中碳酸盐矿物的体积占比。

进一步，所述步骤五中的泥页岩岩相划分标准包括：

将石英和长石归为长英质矿物，方解石、白云石和菱铁矿归为碳酸盐矿物，得到长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质四类主要页岩组分；以25%和50%为界，将长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质四类主要岩石组分作为四端元建立泥页岩岩相划分方案；当长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物以及有机质中某一成分A的体积占比大于50%，则将泥页岩岩相定名为“A质页岩”；如果体积占比第二的组分B介于25%~50%，则加上前缀“含BA质页岩”.当四者含量均低于50%时定名为“混合质页岩”，体积占比第一的组分A介于25%~50%，则定义为“含A混合质页岩”；若有多种组分A和B均介于25%~50%，则定义为“含A含B混合质页岩”，并按照含量从少到多的顺序排列。

进一步，所述步骤五中的建立四端元三维可视化投点模型包括：

建立正四面体三维投点模型，将四类主要岩石组分作为空间正四面体的四个端元，每一端元到相对面正三角形中心点的连线表示端元的体积占比，正四面体内部按照25%和50%为主要界限；在应用中，优先选择含量最高的组分单元进行投点，在端元体积含量对应位置上做相对面的平行截面，得到其余三个组分的三端元图，将其余三个端元的体积含量数据进行投点，最终得到相应的岩相类型。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的富有机质泥页岩岩相划分方法的富有机质泥页岩岩相划分系统，所述富有机质泥页岩岩相划分系统包括：

目标区域衍射分析模块，用于对目标区域采集的泥页岩岩心完成全岩X衍射、TOC分析测试；

体积占比计算模块，用于利用TOC、有机质类型和全岩X衍射测试结果计算获得单位体积泥页岩中有机质的体积占比和单位体积泥页岩中各类矿物的体积占比；

归一化处理模块，用于将计算得到的有机质体积和矿物体积进行归一化处理，获得单位体积泥页岩中有机质和各类矿物的体积占比；

组成占比计算模块，用于利用计算得到的泥页岩有机质和无机矿物各组分的体积占比，确定长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物以及有机质四大类组成的占比；

投点模型构建模块，用于将有机质、长英质矿物、碳酸盐矿物和黏土矿物四个岩石组分作为页岩岩相划分的四端元，建立四端元三维可视化投点模型和对应的泥页岩岩相划分方案；

泥页岩岩相类型划分模块，用于利用建立的四端元三维可视化投点模型和泥页岩岩相划分标准，将计算得到的长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质四组分的体积占比数值投点后划分得到对应的泥页岩岩相类型。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的富有机质泥页岩岩相划分方法的步骤。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述的富有机质泥页岩岩相划分方法的步骤。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的富有机质泥页岩岩相划分系统。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

本发明提供的富有机质泥页岩岩相划分方法，通过TOC测试、矿物X衍射实验、有机质类型、有机质密度和矿物密度，计算得到有机质和各种矿物占单位岩石的体积占比，对其进行归一化处理后，确定长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物以及有机质四大类组成的占比，并将其作为岩相划分的四个组分单元，建立正四面体三维可视化模型和四端元岩相划分标准。本发明中，当某一端元A体积占比大于50%，则将泥页岩岩相定名为“A质页岩”，若存在第二组分B介于25%~50%，则命名为“含BA质页岩”；当四者含量均低于50%时定名为“混合质页岩”，在此基础上，若有多种组分A和B均介于25%~50%，则定义为“含A含B混合质页岩”，组分按照含量从少到多的顺序排列。

本发明以全岩X衍射、TOC实验测试为基础，将有机质和无机矿物作为岩石组成部分进行泥页岩岩相划分，并考虑从页岩组分体积角度进行岩相划分。将有机质和无机矿物作为岩石组成部分进行泥页岩岩相划分，充分考虑了有机质在泥页岩当中作为岩石组成部分的意义。相比于传统三端元以质量占比进行岩相划分的方法，本发明考虑岩石组分体积占比更符合经典沉积学和岩石学的科学思想，契合岩相划分方案的本质及意义。此外，本发明考虑体积占比的划分方案对富有机质页岩岩相的划分具有不可替代性。

本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：目前国内外泥页岩岩相划分的方案有多种，其中基于矿物X衍射实验的矿物三端元组分划分方案是最常用的方案之一，这一方案存在以下缺陷：1、泥页岩的岩石组成部分包括了有机质和无机矿物，但矿物三端元划分方案只运用无机矿物部分来划分泥页岩岩相，而忽略了有机质作为泥页岩岩石组成部分在岩相划分中的意义；2、无机矿物含量主要是用矿物X衍射实验得到的数值来表示，X衍射实验得到的是各类无机矿物占总无机矿物的质量占比，但按照传统的沉积岩石学思想，运用体积占比来表示成分的含量比运用质量占比来表示成分的含量更具科学性。

本发明的技术方案可以很好地补充传统矿物三端元划分方法的这两种缺点：1、本发明的技术方案将有机质作为岩石组成部分，并参考传统矿物三端元划分方法，建立“有机质+长英质矿物+碳酸盐矿物+黏土矿物”的四端元划分方法，充分考虑了有机质作为岩石骨架在岩相划分当中的重要性；2、提出了有机质和无机矿物的体积占比转化方法，可以从体积占比的角度去划分岩相，比传统矿物三端元方法从质量占比角度划分更具科学性。

本发明的技术方案是否克服了技术偏见：目前的泥页岩岩相划分方法多样，参考因素众多而不统一，但从成分含量角度划分岩相的思路大多基于无机矿物三端元方法，通常只把有机质作为生烃能力的评价标准纳入到岩相划分方案中，却都忽略了有机质作为岩石组分在岩相划分当中的重要性。

这就导致可能会出现如下情况：一套富有机质泥页岩和一套低有机质泥页岩可能矿物XRD值相同或相近，依据矿物三端元法可能会得到相同的岩相类型，但二者由于有机质含量差别巨大，其泥页岩成分含量差别很大，矿物三端元法无法将二者区分开，无法真正反映出二者泥页岩成分的差别。但本发明提供的富有机质泥页岩岩相划分方法充分考虑了有机质作为岩石组分的意义，相较矿物三端元法更能反映有机质作为岩石组分的意义，更能真实的体现泥页岩岩相组分特征，相较矿物三端元法，在富有机质泥页岩岩相划分当中更实用、更准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的富有机质泥页岩岩相划分方法流程图；

图2是本发明实施例提供的富有机质泥页岩岩相划分方法原理图；

图3是本发明实施例提供的泥页岩岩相划分的正四面体三维可视化模型图；

图4是本发明实施例提供的某地区二叠系泥页岩实测点位数据投点图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种富有机质泥页岩岩相划分方法、系统、介质、设备及终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。

为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明实施例提供的富有机质泥页岩岩相划分方法包括以下步骤：

S101，对目标区域采集的泥页岩岩心完成全岩X衍射、TOC分析测试；

S102，利用S101中的TOC、有机质类型和全岩X衍射测试结果计算获得单位体积泥页岩中有机质的体积占比和单位体积泥页岩中各类矿物的体积占比；

S103，将S102计算得到的有机质体积和矿物体积进行归一化处理，获得单位体积泥页岩中有机质和各类矿物的体积占比；

S104，利用S103计算得到的泥页岩有机质和无机矿物各组分的体积占比，确定长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物以及有机质四大类组成的占比；

S105，将有机质、长英质矿物、碳酸盐矿物和黏土矿物四个岩石组分作为页岩岩相划分的四端元，建立四端元三维可视化投点模型和对应的泥页岩岩相划分方案；

S106，利用S105建立的四端元三维可视化投点模型和泥页岩岩相划分标准，将S104计算得到的长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质四组分的体积占比数值投点后划分得到对应的泥页岩岩相类型。

作为优选实施例，如图2所示，本发明实施例提供的富有机质泥页岩岩相划分方法具体包括以下步骤：

（1）对采集的泥页岩岩心，完成全岩X衍射、TOC等分析测试；

（2）利用步骤（1）得到的TOC占比和研究区有机质类型鉴定结果，根据不同类型有机质C原子质量占比的不同，计算得到单位质量泥页岩中有机质质量占比，再结合干酪根和岩石密度确定单位体积泥页岩中有机质的体积占比。具体如下所示：

式中，V_有机质为单位体积泥页岩中有机质的体积，cm³；m_有机质为单位质量泥页岩中有机质的质量，g；ρ_有机质为干酪根的密度，g/cm³；ρ_岩石为岩石的密度，g/cm³；TOC为单位质量泥页岩中总有机碳质量，g；A为干酪根中C原子质量占比，根据有机质类型确定。

（3）利用步骤（1）求得的单位质量泥页岩中有机质质量占比m_有机质，用1减去m_有机质求得单位质量泥页岩中无机矿物占比。全岩X衍射测试得到的不同矿物占总矿物的质量占比M_i乘以单位质量泥页岩中无机矿物占比获得单位质量泥页岩中各类型矿物的质量绝对占比。根据物理与化学手册（K. D. Sen,1992）中不同矿物的密度差异，将单位质量泥页岩各类型矿物的质量占比转化为单位体积泥页岩中各类型矿物的体积占比，具体如下所示：

式中，V_i为单位体积泥页岩中矿物i占据的体积，cm³；m_i为单位质量泥页岩中矿物i的质量，g；ρ_i为矿物i的密度，g/cm³；ρ_岩石为岩石的密度，g/cm³；M_i为无机矿物中矿物i的质量占比，%，由XRD衍射实验测试获得。

（4）将步骤（2）和（3）中计算的有机质体积和矿物体积进行归一化处理，获得单位体积泥页岩中有机质和无机矿物的体积占比，注意将体积占比小于25%的特殊矿物（如黄铁矿、重晶石和锐钛矿等）忽略，不参与归一化处理。根据归一化后得到的泥页岩有机质和无机矿物各组分的体积占比，将石英和长石归为长英质矿物，方解石、白云石和菱铁矿归为碳酸盐矿物，求和得到长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质的体积占比；

具体如下所示：

式中，K_j为归一化得到的单位体积泥页岩中组分j（包括无机组分和有机组分）的体积占比，V_j为单位体积泥页岩中组分j（包括无机组分和有机组分）的体积占比；V_长英质为单位体积页岩中长英质矿物的体积占比；V_碳酸盐为单位体积页岩中碳酸盐矿物的体积占比。

（5）以25%和50%为界，将长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质四类主要岩石组分作为四端元建立泥页岩岩相划分方案。

当长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物以及有机质中某一成分A的体积占比大于50%，则将泥页岩岩相定名为“A质页岩”；在此基础上，如果体积占比第二的组分B介于25%~50%，则加上前缀“含BA质页岩”。如长英质矿物体积占比60%，碳酸盐矿物体积占比30%，黏土矿物体积占比5%，有机质体积占比5%，则页岩岩相定名为含灰硅质页岩。当四者含量均低于50%时定名为混合质页岩，在此基础上，体积占比第一的组分A介于25%~50%，则定义为含A混合质页岩。例如，长英质矿物体积占比40%，碳酸盐矿物体积占比20%，黏土矿物体积占比20%，有机质体积占比20%，则页岩岩相定名为含硅混合质页岩。若有多种A和B组分均介于25%~50%，则定义为含A含B混合质页岩，并按照含量从少到多的顺序排列。例如，长英质矿物体积占比30%，碳酸盐矿物体积占比35%，黏土矿物体积占比15%，有机质体积占比20%，则页岩岩相定名为含硅含灰混合质页岩。

在此基础上，建立正四面体三维投点模型，将四类主要岩石组分作为空间正四面体的四个端元，每一端元到相对面正三角形中心点的连线表示该端元的体积占比，正四面体内部按照25%和50%为主要界限。在应用中，优先选择含量最高的组分单元进行投点，然后在该端元体积含量对应位置上做相对面的平行截面，即可得到其余三个组分的三端元图，将其余三个端元的体积含量数据进行投点，最终得到相应的岩相类型。

（6）将步骤（4）计算得到的长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质的体积占比投到步骤（5）建立的正四面体三维可视化模型中，划分出对应的岩相类型。

为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

本发明在四川盆地红星地区二叠系泥页岩地层和鄂尔多斯盆地山西组泥页岩地层的岩相划分当中均起到了良好的效果。四川盆地红星地区二叠系泥页岩TOC在0.6~32.1%，平均达到8.5%；鄂尔多斯盆地山西组泥页岩TOC在1%~25%，平均达到7.8%。这两个地区的泥页岩地层有机质含量占比都很高，属于富有机质泥页岩。以往对四川盆地二叠系泥页岩和鄂尔多斯盆地山西组的泥页岩岩相研究中都是运用基于矿物三端元法的岩相划分方案，即基于无机矿物组分含量对这两个研究区的泥页岩岩相类型进行了划分。但由于忽略了有机质作为岩石组成部分的重要地位，矿物三端元法划分得到的岩相类型仅考虑了无机矿物部分，相同/相近的矿物组分含量可能会划分得到相同的岩相类型，但实际可能有机质含量差别极大，岩石组分含量情况完全不同。因此矿物三端元法无法真实准确的反应这两个研究区域泥页岩的真实组分情况，划分出的岩相类型与实际泥页岩情况差别较大。

运用本发明提出的岩相划分方法，将有机质视为泥页岩岩石组成部分，将有机质和无机矿物含量一起作为岩相划分的依据。划分得到的岩相类型充分体现了有机质作为泥页岩岩石骨架的意义，相比矿物三端元法更真实更准确地反映泥页岩特征。而且本发明提出的方法从有机质和无机矿物体积占比的角度来划分岩相类型，比矿物三端元法从质量角度划分岩相类型更具科学性。

在实际生产效果当中，本发明提出的泥页岩岩相划分方法充分考虑了有机质作为岩石组成部分的意义，划分得到的岩相类型能够充分反映有机质含量特征，相较矿物三端元方法，更能与含气性、脆性、物性等实际生产过程当中重点关注的参数相匹配，实际运用效果更佳。

本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合实验过程的数据、图表等进行描述。

如图2所示，本发明实施例公开了一种富有机质泥页岩岩相划分方案。该方案以有机质、长英质矿物、碳酸盐矿物和黏土矿物建立四端元岩相划分方案，通过将TOC、矿物X衍射测试得到的质量占比计算转化为有机质、长英质矿物、碳酸盐矿物和黏土矿物的体积占比，结合四端元岩相划分方案对泥页岩岩相进行划分。本发明的具体实施步骤为：

（1）选取的页岩样品来自某省盆地某地区二叠系地层，对采集的泥页岩岩心完成全岩X衍射和TOC分析测试，表1示例了10个样品的全岩X衍射和TOC测试结果。

表1某地区二叠系泥页岩X衍射和TOC实验测试结果

点位	黏土	石英	钾长石	斜长石	方解石	白云石	黄铁矿	TOC
									①	5.5	80	0	3.2	5.6	0.9	4.8	3.8
②	8.6	52.4	0	2.8	17.9	5.9	12.4	15.5
									③	1.3	3.6	0	2.8	84	4.5	3.8	0.6
④	2.1	5.7	0	3	75	12.8	1.4	13.8
									⑤	16.2	32.3	0	4.5	36.6	1.6	8.8	32.1
⑥	1.3	2.8	0	3.7	73.8	13.2	5.2	30.6
									⑦	86.8	7.2	0	0	5.1	0	0.9	1.03
⑧	89.5	3.9	0	0	4.6	0	2	11.4
									⑨	10.5	33.5	2.6	3.9	38.2	5.5	5.8	2.62
⑩	18.9	24.5	3.7	4.2	38.3	0	10.4	11.8

（2）该地区二叠系泥页岩有机质类型以II₂型为主，II₂型有机质中C原子质量比例约为0.8，II₂型干酪根密度约为1.4g/cm³，泥页岩岩石密度约为2.5g/cm³。利用步骤（1）得到的TOC除以C原子占干酪根的质量比例计算获得单位质量泥页岩有机质质量占比，除以干酪根密度再乘泥页岩岩石密度得到单位体积泥页岩中有机质的体积占比。

（3）用1减去步骤（2）中计算的某地区二叠系泥页岩有机质质量占比，获得单位质量泥页岩中无机矿物的质量占比。将该值乘以全岩X衍射得到的某地区二叠系泥页岩中无机矿物的相对质量占比，获得单位质量泥页岩中各矿物的质量绝对占比。根据不同矿物的密度差异和泥页岩岩石密度，将单位质量泥页岩各类型矿物的绝对占比转化为单位体积泥页岩各类矿物的体积占比。根据物理与化学手册（K. D. Sen,1992），石英的密度约为2.65g/cm³，钾长石和斜长石密度约为2.6g/cm³，方解石密度约为2.8g/cm³，伊利石密度约为2.9g/cm³，蒙脱石密度约为2.5g/cm³，黏土矿物密度约为2.8g/cm³，白云石密度约为2.8g/cm³，黄铁矿密度约为5g/cm³。

（4）将步骤（2）和（3）中计算的有机质体积和矿物体积进行归一化处理，获得单位体积泥页岩中有机质和各类矿物的体积占比，其中将体积占比小于25%的黄铁矿忽略；根据泥页岩有机质和无机矿物各组分的体积占比，将石英和长石归为长英质矿物，方解石、白云石和菱铁矿归为碳酸盐矿物，求和得到长英质、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质的体积占比，如表2所示。

表2 归一化后的泥页岩主要岩石组分体积占比

点位	有机质	黏土矿物	长英质矿物	碳酸盐矿物
					①	9.07	5.01	80.01	5.91
②	34.62	6.19	42.05	17.14
					③	1.54	1.32	6.95	90.19
④	29.6	1.49	6.57	62.34
					⑤	58.94	7.12	17.14	16.8
⑥	56.54	0.59	3.17	39.7
					⑦	2.55	85.01	7.45	4.99
⑧	25.28	68.08	3.13	3.51
					⑨	6.55	10.16	41.01	42.28
⑩	27.42	14.98	27.25	30.35

（5）以25%和50%为界，将长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质四类主要岩石组分作为四端元建立泥页岩岩相划分方案。当长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物以及有机质中某一成分A的体积占比大于50%，则将泥页岩岩相定名为“A质页岩”；在此基础上，如果体积占比第二的组分B介于25%~50%，则加上前缀“含BA质页岩”；当四者含量均低于50%时定名为混合质页岩，在此基础上，体积占比第一的组分A介于25%~50%，则定义为含A混合质页岩；若有多种A和B组分均介于25%~50%，则定义为含A含B混合质页岩，并按照含量从少到多的顺序排列。

在此基础上，如图3所示，建立正四面体三维投点模型，将四类主要岩石组分作为空间正四面体的四个端元，每一端元到相对面正三角形中心点的连线表示该端元的体积占比，正四面体内部按照25%和50%为主要界限。在应用中，优先选择含量最高的组分端元进行投点，然后在该端元体积含量对应位置上做相对面的平行截面，即可得到其余三个组分的三端元图，将其余三个端元的体积含量数据进行投点，最终得到相应的岩相类型。

（6）将步骤（4）计算得到的长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质的体积占比值，投入到步骤（5）建立的正四面体三维可视化模型中，按照建立的划分方案划分出相应的岩相类型。同时在同一实验点位上，按照基于X衍射实验的矿物三端元法划分了对应的岩相类型作为对比，如表3所示。图4作为示例展示了点位①和②的模型投点示意图。

表3某地区二叠系泥页岩岩相划分结果

点位	有机质体积占比	黏土矿物体积占比	长英质矿物体积占比	碳酸盐矿物体积占比	本发明的岩相划分结果	矿物三端元法岩相划分结果
							①	9.07	5.01	80.01	5.91	硅质页岩	硅质页岩
②	34.62	6.19	42.05	17.14	含有机质含硅混合质页岩	硅质页岩
							③	1.54	1.32	6.95	90.19	灰质页岩	灰质页岩
④	29.60	1.49	6.57	62.34	含有机质灰质页岩	灰质页岩
							⑤	58.94	7.12	17.14	16.80	有机质页岩	含硅含灰混合质页岩
⑥	56.54	0.59	3.17	39.70	含灰有机质页岩	灰质页岩
							⑦	2.55	85.01	7.45	4.99	黏土质页岩	黏土质页岩
⑧	25.28	68.08	3.13	3.51	含有机质黏土质页岩	黏土质页岩
							⑨	6.55	10.16	41.01	42.28	含硅含灰混合质页岩	含硅含灰混合质页岩
⑩	27.42	14.98	27.25	30.35	含硅含有机质含灰混合质页岩	含硅含灰混合质页岩

如表3所示，通过比较本发明提出的“有机质+无机矿物”四端元泥页岩岩相划分方法与矿物三端元法得到的岩相类型可以看出，本发明提出的富有机质泥页岩岩相划分方法更准确地反映了泥页岩岩石组成特征，划分得到的岩相类型更准确。矿物三端元法在低有机质含量的泥页岩当中适用（如点位①、③、⑦和⑨），与本发明提出的泥页岩岩相划分方法得到的岩相类型一致。但在高有机质含量的泥页岩当中，矿物三端元法划分结果与本发明提出的泥页岩岩相划分方法得到的岩相类型差别较大（如点位②、④、⑤、⑥、⑧和⑩），主要体现在无法反映出有机质含量的差别，导致划分得到的岩相类型相同，实际岩石成分含量差别很大（如点位①和②），这说明此时矿物三端元法划分的岩相类型并不准确。由此比较可以看出本发明提出的泥页岩岩相划分方法弥补了矿物三端元法没有将有机质作为岩石组成部分的缺陷，本发明提出的泥页岩岩相划分方法能更准确地反应泥页岩岩石组成特征，划分结果更准确。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器（固件）的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体，或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所做的做的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种富有机质泥页岩岩相划分方法，其特征在于，包括：

通过TOC测试、矿物X衍射实验、有机质类型、有机质密度和矿物密度，计算得到有机质和各种矿物占单位岩石的体积占比；对计算得到的有机质和各种矿物占单位岩石的体积占比进行归一化处理后，确定长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物以及有机质四大类组成的占比，并作为岩相划分的四个组分单元，建立正四面体三维可视化模型和四端元岩相划分标准；

所述富有机质泥页岩岩相划分方法包括以下步骤：

步骤二，利用步骤一得到的TOC和全岩X衍射测试结果、结合有机质类型计算获得单位体积泥页岩中有机质的体积占比和单位体积泥页岩中各类矿物的体积占比；

步骤三，将步骤二中计算得到的有机质体积和矿物体积进行归一化处理，获得单位体积泥页岩中有机质和各类矿物的体积占比；

步骤四，利用步骤三中计算得到的泥页岩有机质和无机矿物各组分的体积占比，确定长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物以及有机质四大类组成的占比；

步骤五，将有机质、长英质矿物、碳酸盐矿物和黏土矿物四个岩石组分作为页岩岩相划分的四端元，建立四端元三维可视化投点模型和对应的泥页岩岩相划分方案；

步骤六，利用步骤五建立的四端元三维可视化投点模型和泥页岩岩相划分标准，将步骤四计算得到的长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质四组分的体积占比数值投点后划分得到对应的泥页岩岩相类型；

所述步骤二中的利用TOC、有机质类型和全岩X衍射测试结果计算获得单位体积泥页岩中有机质的体积占比和单位体积泥页岩中各类矿物的体积占比包括：

式中，V有机质为单位体积泥页岩中有机质的体积，cm³；m有机质为单位质量泥页岩中有机质的质量，g；ρ有机质为干酪根的密度，g/cm³；ρ岩石为岩石的密度，g/cm³；TOC为单位质量泥页岩中总有机碳质量，g；A为有机质中C原子质量占比，根据有机质类型确定；V_i为单位体积泥页岩中矿物i占据的体积，cm³；m_i为单位质量泥页岩中矿物i的质量，g；ρ_i为矿物i的密度，g/cm³；M_i为无机矿物中矿物i的质量占比，％，由XRD衍射实验测试获得；

所述步骤三中的将计算得到的有机质体积和矿物体积进行归一化处理，获得单位体积泥页岩中有机质和各类矿物的体积占比包括：

将计算得到的有机质体积和矿物体积进行归一化处理，获得单位体积泥页岩中有机质和无机矿物的体积占比；其中，将体积占比小于25％的黄铁矿、重晶石和锐钛矿忽略，不参与归一化处理；根据归一化后得到的泥页岩有机质和无机矿物各组分的体积占比，将石英和长石归为长英质矿物，方解石、白云石和菱铁矿归为碳酸盐矿物，求和得到长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质的体积占比：

式中，K j为归一化得到的单位体积泥页岩中包括无机组分和有机组分的组分j的体积占比，V j为单位体积泥页岩中组分j的体积占比；V长英质为单位体积页岩中长英质矿物的体积占比；V碳酸盐为单位体积页岩中碳酸盐矿物的体积占比；

所述步骤五中的泥页岩岩相划分标准包括：

将石英和长石归为长英质矿物，方解石、白云石和菱铁矿归为碳酸盐矿物，得到长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质四类主要页岩组分；以25％和50％为界，将长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物和有机质四类主要岩石组分作为四端元建立泥页岩岩相划分方案；当长英质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物以及有机质中某一成分A的体积占比大于50％，则将泥页岩岩相定名为“A质页岩”；如果体积占比第二的组分B介于25％～50％，则加上前缀“含BA质页岩”；当四者含量均低于50％时定名为“混合质页岩”，体积占比第一的组分A介于25％～50％，则定义为“含A混合质页岩”；若有多种组分A和B均介于25％～50％，则定义为“含A含B混合质页岩”，并按照含量从少到多的顺序排列；

所述步骤五中的建立四端元三维可视化投点模型包括：

建立正四面体三维投点模型，将四类主要岩石组分作为空间正四面体的四个端元，每一端元到相对面正三角形中心点的连线表示端元的体积占比，正四面体内部按照25％和50％为主要界限；在应用中，优先选择含量最高的组分单元进行投点，在端元体积含量对应位置上做相对面的平行截面，得到其余三个组分的三端元图，将其余三个端元的体积含量数据进行投点，最终得到相应的岩相类型。

2.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1所述的富有机质泥页岩岩相划分方法的步骤。

3.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1所述的富有机质泥页岩岩相划分方法的步骤。