利用化学‑沉积相表征细粒沉积岩非均质性的方法

摘要

本发明提供了一种利用化学‑沉积相表征细粒沉积岩非均质性的方法，属于石油天然气勘探领域，可更加快速、直观、大面积、高分辨率的精细刻画和分析细粒沉积岩非均质性。该方法通过化学‑沉积相的分析来表征细粒沉积岩非均质性，具体包括如下步骤：同步获取二维平面上岩心到岩石薄片尺度的细粒沉积岩样品表面照片和无机地球化学元素原位分布信息，将二者进行叠加，划分化学‑沉积相；在二维平面上提取原位无机地球化学元素信息，定量分析细粒沉积岩化学‑沉积相；通过上述化学‑沉积相的划分和定量分析过程刻画和分析细粒沉积岩非均质性。

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探领域，尤其涉及细粒沉积岩领域,具体涉及利用化学-沉积相表征细粒沉积岩非均质性的方法。

背景技术

细粒沉积岩岩性较细，颜色较均一，难以用肉眼直接识别细粒沉积岩手标本的沉积构造和岩性变化，只能较粗略的划分沉积相，同时细粒沉积岩非均质性强，在厘米甚至毫米级别就可出现变化，目前常规的分析手段分析周期长，并且在取样时难以具有代表性，部分需要将样品粉碎混合后再进行的分析化验手段会造成关键信息被大量的无用信息掩盖，造成分析的不确定性，难以快速直观大面积高分辨率的精细刻画细粒沉积岩。

对于非常规油气的勘探开发，需要建立精细的岩性模型，如在分析可压性时，就需要精确的区分陆源碎屑硅和生物成因硅的分布。而在沉积岩沉积过程中，沉积环境、物源类型等会造成无机地球化学元素在空间上的不均匀分布，现有的分析方法中,并没有从上述方面有效分析细粒沉积岩的沉积环境和物源类型等,不能更直观有效的精细刻画细粒沉积岩的非均质性，反映细粒沉积岩的特征,从而无法对非常规油气的勘探开发提供更加精细的岩性模型和可靠的相带格架。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过划分和分析细粒沉积岩化学-沉积相来刻画和分析细粒沉积岩非均质性的方法，可更加快速、直观、大面积、高分辨率的精细刻画细粒沉积岩非均质性。

本发明的技术方案是，利用化学-沉积相表征细粒沉积岩非均质性的方法，具体包括如下步骤：

同步获取二维平面上岩心到岩石薄片尺度的细粒沉积岩样品表面照片和无机地球化学元素原位分布信息，将二者进行叠加，划分化学-沉积相；

在二维平面上提取原位无机地球化学元素信息，定量分析细粒沉积岩化学-沉积相；

通过上述化学-沉积相的划分和定量分析过程刻画和分析细粒沉积岩分均质性。

作为优选的技术方案，所述划分化学-沉积相的具体步骤为：

(1)对1mm²-100dm²尺寸的细粒沉积岩样品表面进行抛光处理，获得平整表面；

(2)获得高像素样品表面照片，通过照片观察样品颜色、肉眼可见的沉积构造和岩石结构；

(3)获得样品表面无机地球化学元素原位分布图，将表征不同矿物的相关元素在平面上进行组合叠加，形成造岩元素组合图，获得矿物在平面上的分布信息，结合反映古环境、物源类型的元素指标划分化学相；

(4)将高像素样品表面照片与造岩元素组合图进行叠加，划分化学-沉积相。

优选的，所述步骤(2)中所述肉眼可见的沉积构造是由于颜色和粒度变化所能直接观察到的沉积构造。

优选的，所述步骤(3)中无机地球化学元素包括元素周期表中原子序数大于等于11的元素，其分布利用灰度图展示；

优选的，所述步骤(3)中相关元素包括Al、K、Si、Ca、Mg、Fe、Mn其中：Al、K、Si组合指示黏土矿物和长石，Si指示石英，以上统称为硅质矿物；Ca指示方解石，Ca、Mg组合指示白云石，Ca、Mg、Fe、Mn组合指示铁白云石，以上统称为碳酸盐矿物；单独Fe指示黄铁矿。

优选的，所述步骤(3)中将表征不同矿物的相关元素在平面上进行组合叠加的具体操作为：

将不同元素赋予不同颜色，元素含量高的部位亮度大，元素含量低的部位亮度低，然后直接叠加。不同的矿物在平面上显示不同的颜色组合。

优选的，所述步骤(3)中化学相划分依据为元素组合所反映出的矿物组成、古环境类型和物源类型进行排列组合。

优选的，所述步骤(4)中划分化学-沉积相为依据化学相和岩相进行组合，形成多种化学-沉积相，其中包括不发育化学-沉积相。

作为优选的技术方案，所述定量分析细粒沉积岩化学-沉积相的分析内容为物源类型和古环境。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明首次提出和利用化学-沉积相的概念，综合考虑了无机地球化学信息对沉积过程中物源类型和古环境的响应，在二维平面上将原位无机地球化学信息与样品照片所展现的沉积相进行叠加，能够更加快速直观大面积高分辨率的精细刻画细粒沉积岩非均质性，反映细粒沉积岩沉积物源和古环境特征；

(2)本发明的原位获取元素信息定量分析细粒沉积岩化学-沉积相的方法，可以避免常规分析中因取样不具代表性和制样中人为均一所造成的关键信息被掩盖的不足现象，为后续岩石物性分析提供更为可靠的相带格架。

附图说明

图1为本发明实施例的表征细粒沉积岩非均质性的方法的流程图；

图2是本发明实施例的造岩元素组合图与样品照片叠加图；

图3是本发明实施例的二维元素含量平面分布图；

图4是本发明实施例的自生硅(生物成因硅和胶结硅)和碎屑硅判别图版；

图5是本发明实施例的不同岩性自生硅(生物成因硅和胶结硅)和碎屑硅分析图；

图6是本发明实施例的古环境定量分析图。

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。

本发明实施例提供了一种利用化学-沉积相表征细粒沉积岩非均质性的方法，在石油天然气勘探领域，细粒沉积岩的“化学-沉积相(Chemo-sedimentary facies)”是指：传统沉积相叠加上“环境指示”元素(矿物)组合，能在二维上更清晰和准确地分析细粒沉积物成分、结构和构造，以及沉积物的来源和沉积环境。

具体的，上述方法包括如下步骤：

S1：同步获取二维平面上岩心到岩石薄片尺度的细粒沉积岩样品表面照片和无机地球化学元素原位分布信息，将二者进行叠加，划分化学-沉积相。

本步骤中，如图1所示，样品表面照片可以获得样品的颜色、沉积构造和岩石结构信息，无机地球化学元素原位分布可以获得元素平面分布、沉积构造、相关元素组合等信息，将样品表面照片和无机地球化学元素的原位分布信息叠加，可以直观快速的划分化学-沉积相。化学-沉积相二维平面划分为半定量的工作，可以达到快速直观大面积高分辨率精细刻画细粒沉积岩非均质性的目的。

S2：在二维平面上提取原位无机地球化学元素信息，定量分析细粒沉积岩化学-沉积相。

本步骤中，如图1所示，通过分析物源类型和古环境分析，可以完善上述二维平面的分析，对细粒沉积岩进行更精细的化学-沉积相研究。

S3：通过上述化学-沉积相的划分和定量分析过程刻画和分析细粒沉积岩分均质性。

本步骤通过上述直观的刻画和定量的分析能够就全面的反应细粒沉积岩的非均质特征，从而为致密油气的储层和烃源岩研究提供重要的技术支撑。

作为优选的实施例，划分化学-沉积相的具体步骤为：

s1：对1mm²-100dm²尺寸的细粒沉积岩样品表面进行抛光处理，获得平整表面。

s2：获得高像素样品表面照片，通过照片观察样品颜色、肉眼可见的沉积构造和岩石结构。

本步骤中，肉眼可见的沉积构造是由于颜色和粒度变化所能直接观察到的沉积构造。

s3：获得样品表面无机地球化学元素原位分布图，将表征不同矿物的相关元素在平面上进行组合叠加，形成造岩元素组合图，获得矿物在平面上的分布信息，结合反映古环境、物源类型的元素指标划分化学相。

本步骤中，无机地球化学元素包括元素周期表中原子序数大于等于11的元素，其分布利用灰度图展示。

相关元素包括Al、K、Si、Ca、Mg、Fe、Mn；其中：Al、K、Si组合指示黏土矿物和长石，Si指示石英，以上统称为硅质矿物；Ca指示方解石，Ca、Mg组合指示白云石，Ca、Mg、Fe、Mn组合指示铁白云石，以上统称为碳酸盐矿物；单独Fe指示黄铁矿。

将表征不同矿物的相关元素在平面上进行组合叠加的具体操作为：

将不同元素赋予不同颜色，元素含量高的部位亮度大，元素含量低的部位亮度低，然后直接叠加，不同的矿物在平面上显示不同的颜色组合，据此可以清晰的看到矿物在平面上的分布。

化学相划分依据为元素组合所反映出的矿物组成、古环境类型和物源类型进行排列组合。化学相可以描述为：矿物组成-古环境类型-物源类型(如硅质-干旱-氧化-浅咸水-外源相，其中硅质表示矿物组成主要为硅质，干旱-氧化-浅咸水表示古环境类型，外源表示物源类型)。

s4：将高像素样品表面照片与造岩元素组合图进行叠加，划分化学-沉积相。

本步骤中，划分化学-沉积相为依据化学相和岩相进行组合，形成多种化学-沉积相，其中包括不发育化学-沉积相。

为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的利用化学-沉积相表征细粒沉积岩非均质性的方法，以下将结合具体实施例进行说明。

以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组和四川盆地龙马溪组样品进行分析。

S1：同步获取二维平面上岩心到岩石薄片尺度的细粒沉积岩样品表面照片和无机地球化学元素原位分布信息，将二者进行叠加，划分化学-沉积相。

(1)对1mm²-100dm²尺寸的细粒沉积岩样品表面进行抛光处理，获得平整表面。

(2)获得高像素样品表面照片，通过照片可以观察样品颜色、肉眼可见的沉积构造、岩石结构。

如图2所示，图2a总体为灰色泥岩，肉眼难以识别沉积构造；图2b总体为灰色泥岩，肉眼难以识别沉积构造；图2c左侧为粉砂岩，右侧为泥岩，可见平行层理，交错层理；图2d为黑色泥页岩，可见页理。

(3)获得样品表面无机地球化学元素原位分布图，将表征不同矿物的相关元素在平面上进行组合叠加，形成造岩元素组合图，获得矿物在平面上的分布信息，结合反映古环境、物源类型的元素指标划分化学相。

如图3a所示，对芦草沟组典型样品进行元素原位分布分析，认识到下部主体Al、K、Si含量高，可定为硅质，Mn、Fe含量低，可定为潮湿，Mo含量高，可定为还原，Zr含量高，可定为深水，Sr含量低，可定为淡水，Ti的含量高且与Al、K、Si分布一致，可定为外源，据此该样品右侧的化学相为硅质-潮湿-还原-深淡水-外源相，左侧可见Ca、Mg高值区，这些区域各元素含量与右侧相反，可定为碳酸盐-干旱-氧化-浅淡水-内源相，在左侧Ca、Mg相对低值区，其他元素与右侧相近，可描述为硅质-潮湿-还原-深淡水-外源相。

(4)将高像素样品表面照片与造岩元素组合图进行叠加，划分化学-沉积相。

如图2所示，将样品照片与相关元素组合图进行叠加后，在图2e和图2f中可以识别照片中无法识别的沉积构造，在图2g中沉积构造更加明显。图2e的样品与图3为同一样品，结合照片信息将样品划分成两种化学-沉积相，分别为右侧和左侧Ca、Mg低值区可描述为灰色硅质-潮湿-还原-深淡水-外源泥岩相，左侧Ca、Mg高值区可描述为灰色碳酸盐-干旱-氧化-浅淡水-内源泥灰岩相。

S2：在二维平面上提取原位无机地球化学元素信息，定量分析细粒沉积岩化学-沉积相。

根据步骤S1可知研究化学-沉积相的一个重要内容为识别物源类型和古环境，其中物源类型可分为内源和外源，自生硅(包括生物成因硅和胶结硅，Biogenic andAuthogenic Silica，简称BnA-Si)属于内源，陆源碎屑硅(Terrigenous clastic简称TC-Si)属于外源。

以识别自生硅和陆源碎屑硅为例，选取四川盆地龙马溪组、准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组和鄂尔多斯延长组样品进行分析。

可压性在非常规油气勘探开发中作为重要的评价指标，以往认为Si含量越高可压性越好，最近认识到自生硅在硅中的含量越高，可压性才会越好，因此快速有效识别自生硅对非常规油气勘探开发具有重要意义。首先利用Ti元素与Si元素在二维平面的分布组合关系可以识别出陆源碎屑硅和生物成因硅，图3a为芦草沟组泥岩，图3b为龙马溪组泥页岩，在图3a中Si含量高的地方Ti含量高，显示为陆源碎屑硅，在图3b中Si含量高的地方Ti含量低，显示为自生硅。在细粒沉积中，陆源黏土矿物、钾长石和钠长石包含Al和Si，陆源碎屑硅和自生硅只包含SiO₂，通过不同矿物的化学式，以及蒙脱石与纯SiO₂的比例关系，可以获得Si-Al的对应关系曲线，如图4a所示，选取蒙脱石与纯SiO₂为3：7比例的曲线为分界线，因为在此条分界线左侧，SiO₂占绝对优势，在右侧黏土矿物占绝对优势。在蒙脱石：SiO₂＝3:7曲线的右侧及附近区域代表陆源碎屑富集，在左侧区域即可代表自生硅也可代表陆源碎屑石英富集，因此需要利用Si与Ti来区分自生硅和陆源碎屑石英，对于陆源碎屑石英富集部位Si含量越高，Ti含量越高，对于自生硅富集部位Ti含量总体较低，建立Si-Ti对应关系曲线，划分自生硅和陆源碎屑硅判别图版，如图4所示。

将不同岩性数据投入判别图版，可以有效定量判别该岩性中的Si是否为自生硅和陆源碎屑硅，如图5所示，鄂尔多斯盆地延长组粉砂岩中的Si主要来自陆源碎屑，准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组粉砂岩中的Si主要来自陆源碎屑硅，少量来自自生硅，四川盆地龙马溪组泥页岩含有较多自生硅。

古环境可以包括气候、氧化还原条件、水深和水体盐度四个方面，选取准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组样品利用本方法进行古环境分析，如图6所示，在S1中可将本样品划分为三个化学-沉积相，常规的取样方法可能只取到一个化学-沉积相或将三个化学-沉积相混合到一起，利用本方法所提出的原位数据，结合古环境计算参数可以认识到三个化学-沉积相具有明显差异。Object-1和Object-4所在的区域具有明显的干旱、氧化、浅水、咸水的古环境特征，Object-2和Object-5具有潮湿、次氧化、较浅水、较咸水的古环境特征，Object-3和Object-6具有明显的潮湿、还原、较深水、淡水的古环境特征。

S3：通过上述化学-沉积相的划分和定量分析过程刻画和分析细粒沉积岩分均质性。

通过上述分析，综合考虑了无机地球化学信息对沉积过程中物源类型和古环境的响应，在二维平面上将原位无机地球化学信息与样品照片进行叠加，能够更加快速直观大面积高分辨率的精细刻画细粒沉积岩非均质性，反映细粒沉积岩沉积物源和古环境特征；首次提出了原位获取元素信息定量分析细粒沉积岩化学-沉积相的方法，可以避免出现常规分析中出现的取样不具代表性和样品粉碎均一后掩盖关键信息的不足现象，为后续岩石物性分析提供更为可靠的相带格架。

通过上述步骤，本发明可以更有效的把握细粒沉积岩的非均质性特征，为致密油气的储层和烃源岩研究提供了重要的技术支撑。