页岩纹层的地球化学定量表征方法及系统
技术领域
本发明涉及石油勘探开发领域，更具体地，涉及一种页岩纹层的地球化学定量表征方法及系统。
背景技术
纹层(又称细层)，是沉积层理的最初级单位，是沉积岩中肉眼可分辨的最薄沉积层，厚度通常为数毫米或小于1毫米。形态有直线状、曲线状等，同一纹层往往具有比较均一的成分和结构，但有时也可有一些粒级的变化，是相同水动力条件下的同时形成物。随着近年来对页岩油气勘探和开发的开展，对页岩结构的研究也更为深入。前期的研究表明不管是海相页岩、湖相页岩，还是海陆过渡相页岩，均发育有不同性质的纹层，如粉砂质纹层、有机质纹层、碳酸盐岩纹层、黏土质纹层等。纹层的发育指示页岩具有非均质性，这种非均质性对页岩的生烃、储集性能及含气性等有所影响，利用电子显微镜、扫描电镜等工具对页岩纹层结构特征如清晰度、连续性、密度或厚度等开展了定性或半定量的表征工作，利用自动矿物分析仪器及图像分析软件对纹层中颗粒的组成含量、粒度等也有所涉及。针对有机质纹层，应用激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱联用实验的微观定量表征方法。但上述方法对不同纹层的地球化学元素特征尚未深入研究，而纹层中的地球化学元素特征蕴含了页岩沉积时期古环境信息，可以为古气候、古水体环境及古生物生产力的恢复提供依据，也对页岩中有机质富集、生烃演化等研究有所帮助。因此，有必要开发一种页岩纹层的地球化学定量表征方法及系统。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种页岩纹层的地球化学定量表征方法及系统，其能够通过定量表征与页岩纹层结构相对应的地球化学元素组成特征，为开展页岩非均质性表征、沉积时期古环境恢复、页岩生烃演化研究提供依据，在页岩气资源评价、非常规油气勘探等石油勘探开发领域具有一定的应用价值。
根据本发明的一方面，提出了一种页岩纹层的地球化学定量表征方法。所述方法可以包括：对页岩样品进行预处理，将所述页岩样品的切面扫描获取光学图片；获取所述页岩样品的地球化学特征，与所述光学图片对应；将所述页岩样品置于X射线岩心扫描分析仪中，获取不同纹层的元素组成特征；将所述元素组成特征与所述光学照片精确对应，并分析不同类型的纹层元素组成特征。
优选地，所述预处理包括：将所述页岩样品垂直于纹层面切割成规则形状，并将垂直于纹层面、纹层特征明显的一个切面打磨光滑。
优选地，所述地球化学特征包括所述页岩样品的纹层类型、厚度、密度。
优选地，所述纹层类型包括粉砂质纹层、砂纸纹层、有机质纹层、碳酸盐岩纹层、黏土质纹层、黄铁矿纹层与混合纹层。
优选地，所述元素组成特征包括Al-U的元素浓度数据与氧化物含量及相对含量。
根据本发明的另一方面，提出了一种页岩纹层的地球化学定量表征系统，其特征在于，该系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：对页岩样品进行预处理，将所述页岩样品的切面扫描获取光学图片；获取所述页岩样品的地球化学特征，与所述光学图片对应；将所述页岩样品置于X射线岩心扫描分析仪中，获取不同纹层的元素组成特征；将所述元素组成特征与所述光学照片精确对应，并分析不同类型的纹层元素组成特征。
优选地，所述预处理包括：将所述页岩样品垂直于纹层面切割成规则形状，并将垂直于纹层面、纹层特征明显的一个切面打磨光滑。
优选地，所述地球化学特征包括所述页岩样品的纹层类型、厚度、密度。
优选地，所述纹层类型包括粉砂质纹层、砂纸纹层、有机质纹层、碳酸盐岩纹层、黏土质纹层、黄铁矿纹层与混合纹层。
优选地，所述元素组成特征包括Al-U的元素浓度数据与氧化物含量及相对含量。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的页岩纹层的地球化学定量表征方法的步骤的流程图。
图2a、图2b与图2c分别示出了根据本发明的一个实施例的立方体、圆柱体、半圆柱的规则形状的示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的光学照片的示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的页岩样品的地球化学特征的示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的元素组成特征与光学照片精确对应的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明的页岩纹层的地球化学定量表征方法的步骤的流程图。
在该实施例中，根据本发明的页岩纹层的地球化学定量表征方法可以包括：步骤101，对页岩样品进行预处理，将页岩样品的切面扫描获取光学图片；步骤102，获取页岩样品的地球化学特征，与光学图片对应；步骤103，将页岩样品置于X射线岩心扫描分析仪中，获取不同纹层的元素组成特征；步骤104，将元素组成特征与光学照片精确对应，并分析不同类型的纹层元素组成特征。
在一个示例中，预处理包括：将页岩样品垂直于纹层面切割成规则形状，并将垂直于纹层面、纹层特征明显的一个切面打磨光滑。
在一个示例中，地球化学特征包括页岩样品的纹层类型、厚度、密度。
在一个示例中，纹层类型包括粉砂质纹层、砂纸纹层、有机质纹层、碳酸盐岩纹层、黏土质纹层、黄铁矿纹层与混合纹层。
在一个示例中，元素组成特征包括Al-U的元素浓度数据与氧化物含量及相对含量。
图2a、图2b与图2c分别示出了根据本发明的一个实施例的立方体、圆柱体、半圆柱的规则形状的示意图。
具体地，根据本发明的页岩纹层的地球化学定量表征方法可以包括：
对页岩样品进行预处理，将页岩样品垂直于纹层面，通过钻头钻取、砂轮切割等方法切割成可顺利放入分析仪器的规则形状，并将垂直于纹层面、纹层特征明显的一个切面通过固体打磨、离子束抛光等打磨光滑，能够使切面更准确反映纹层的厚度及密度信息，同时在同样的样品长度上最大化的反映纹层信息，进而通过分析设备中的高精度相机将切面扫描获取光学图片，光学照片为能清晰反应页岩纹层类型、厚度及密度等特征的照片，对于光学照片不能反映相关信息的样品可以借助岩石薄片显微镜下观察或扫描电镜分析等方法来获取其纹层特征，其中，规则形状包括立方体、圆柱体、半圆柱等形状，如图2a-2c所示。
通过直尺、游标卡尺、辅助绘图软件等测量、统计样品的长度、纹层的形态、样品范围内不同纹层的数量、纹层的排列方式、单个纹层的厚度、纹层的密度等，获取页岩样品的纹层类型、厚度、密度，并与光学图片对应，其中，纹层类型包括粉砂质纹层、砂纸纹层、有机质纹层、碳酸盐岩纹层、黏土质纹层、黄铁矿纹层与混合纹层，厚度为单个纹层的平均厚度，密度为单位长度纹层的个数。
将页岩样品置于X射线岩心扫描分析仪中，获取不同纹层的元素组成特征，其中，元素组成特征包括Al-U的元素浓度数据与氧化物含量及相对含量，元素浓度数据需经过校正，X射线岩心扫描分析仪的X射线扫描点小于纹层的最小厚度。
将元素组成特征与光学照片精确对应，即元素的组成特征与纹层的性质和厚度紧密对应，优选为在同一仪器获得与光学照片一一对应的元素组成数据，并分析不同类型的纹层元素组成特征。
本方法通过定量表征与页岩纹层结构相对应的地球化学元素组成特征，为开展页岩非均质性表征、沉积时期古环境恢复、页岩生烃演化研究提供依据，在页岩气资源评价、非常规油气勘探等石油勘探开发领域具有一定的应用价值。
应用示例
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
选取钻井岩心，记录岩心深度范围，将页岩样品垂直于纹层面，通过钻头钻取、砂轮切割等方法切割成规则形状，并将垂直于纹层面、纹层特征明显的一个切面通过固体打磨、离子束抛光等方法打磨光滑，能够使切面更准确反映纹层的厚度及密度信息，同时在同样的样品长度上最大化的反映纹层信息，样品规格适于放置于Itrax X射线(XRF)岩心扫描仪中。
图3示出了根据本发明的一个实施例的光学照片的示意图。
将岩心样品平放，并于旁边放置比例尺，进而通过分析设备中的高精度相机将切面扫描获取光学图片，如图3所示，光学照片为能清晰反应页岩纹层类型、厚度及密度等特征的照片。
图4示出了根据本发明的一个实施例的页岩样品的地球化学特征的示意图。
通过直尺、游标卡尺、辅助绘图软件等测量、统计样品的长度、纹层的形态、样品范围内不同纹层的数量、纹层的排列方式、单个纹层的厚度、纹层的密度等，获取页岩样品的纹层类型、厚度、密度，如图4所示，并与光学图片(图3)对应，其中，深色条纹7条，厚度为0.7-11.0mm，平均厚度为5.25mm，纹层密度为11.7条/10cm；浅色条纹6条，厚度为2.4-6.2mm，平均厚度为3.87mm，纹层密度为10条/10cm。
图5示出了根据本发明的一个实施例的元素组成特征与光学照片精确对应的示意图。
将页岩样品置于X射线岩心扫描分析仪中，获得与环境相关元素含量，包括Sr、CaO、TiO2、K2O、Al2O3等元素或氧化物，通过对数校正，获得元素的相对含量。将元素组成特征与光学照片精确对应，即元素的组成特征与纹层的性质和厚度紧密对应，在同一仪器获得与光学照片一一对应的元素组成数据，并分析不同类型的纹层元素组成特征，完成纹层的地球化学元素定量表征，如图5所示，其中，Sr、CaO含量在浅色纹层处显示出高值，在暗色纹层处显示出低值；TiO2、K2O、Al2O3含量在浅色纹层处显示低值，在暗色纹层处显示出高值，利用纹层中地球化学元素组成可分析纹层形成时的沉积环境。
综上所述，本发明通过定量表征与页岩纹层结构相对应的地球化学元素组成特征，为开展页岩非均质性表征、沉积时期古环境恢复、页岩生烃演化研究提供依据，在页岩气资源评价、非常规油气勘探等石油勘探开发领域具有一定的应用价值。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
根据本发明的实施例，提供了一种页岩纹层的地球化学定量表征系统，其特征在于，该系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：对页岩样品进行预处理，将页岩样品的切面扫描获取光学图片；获取页岩样品的地球化学特征，与光学图片对应；将页岩样品置于X射线岩心扫描分析仪中，获取不同纹层的元素组成特征；将元素组成特征与光学照片精确对应，并分析不同类型的纹层元素组成特征。
在一个示例中，预处理包括：将页岩样品垂直于纹层面切割成规则形状，并将垂直于纹层面、纹层特征明显的一个切面打磨光滑。
在一个示例中，地球化学特征包括页岩样品的纹层类型、厚度、密度。
在一个示例中，纹层类型包括粉砂质纹层、砂纸纹层、有机质纹层、碳酸盐岩纹层、黏土质纹层、黄铁矿纹层与混合纹层。
在一个示例中，元素组成特征包括Al-U的元素浓度数据与氧化物含量及相对含量。
本系统通过定量表征与页岩纹层结构相对应的地球化学元素组成特征，为开展页岩非均质性表征、沉积时期古环境恢复、页岩生烃演化研究提供依据，在页岩气资源评价、非常规油气勘探等石油勘探开发领域具有一定的应用价值。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
