利用有机元素确定露头烃源岩原始有机碳的方法

技术领域

本发明涉及油田勘探开发技术领域，具体涉及一种利用有机元素确定露头烃源岩原始有机碳的方法。

背景技术

大量有机质的富集与保存可有效控制油气资源的分布。油气勘探实践证实，烃源岩发育条件为油气形成与聚集的关键因素，其中烃源岩的有机质丰度特征是烃源岩评价、油气成藏条件研究中的关键因素。目前，我国中低勘探程度区仍广泛存在，受油气勘探投入所限和地质认识程度的制约，钻井资料少，因此从盆缘露头发育区的烃源岩样品入手，就成为了研究盆地内部烃源岩的重要基础。

野外露头样品在地质历史时期中与地表水、大气或生物接触，发生了各种物理、化学、生物等系列风化作用，影响了烃源岩的物理结构、化学组成与有机化学特征及其生烃潜力。同一层位、相同岩性样品在钻井和露头上出现的差异与风化作用关系密切。富含有机质泥页岩的风化多以化学风化为主，造成岩石矿物、元素组成的变化，特别是酸性环境水促进了元素的迁移作用，同时也造成了有机碳含量、岩石热解参数等有机质丰度指标的显著降低。因此露头样品的有机碳含量等有机质丰度的测定结果，并非样品的原始有机质丰度，在露头样品的烃源岩评价中，必须进行原始有机质丰度的校正。

前人研究认为，风化作用对有机质丰度影响程度与露头区岩性、产状、构造部位、风化作用时间、古气候等多种因素有关。目前对于各影响因素与有机质丰度的具体关系难以开展分析。前人对风化作用于烃源岩有机质丰度的影响集中在风化作用深度、风化作用对有机碳(TOC)等有机质丰度指标的影响程度等方面，多为定性或半定量分析，对于露头样品有机质丰度指标与风化程度的量化关系尚未完全明确，难以满足野外露头烃源岩样品的有机质丰度客观评价与研究需求。

中国发明专利CN103926388B公开了一种判别低丰度有效烃源岩的方法，其具体步骤为：获取某一区域多个地点、多个单井、同一岩性烃源岩热解参数和有机质成熟度(Ro)参数；筛选出低丰度(TOC≤0.5％)烃源岩对应的热解参数和Ro，根据筛选的烃源岩参数计算每个深度或Ro对应的生烃潜力指数；绘制相同间隔、不同范围TOC烃源岩生烃潜力指数随深度或Ro演化剖面；在多个连续不同范围TOC烃源岩生烃潜力指数演化剖面中寻找首次出现排烃门限的演化剖面，该演化剖面对应的TOC值(或TOC范围)即为低丰度有效烃源岩的TOC下限值，此TOC值以上的烃源岩为低丰度有效烃源岩。该专利需进行大量的镜质体反射率测定结果，其目标是应用于明确不同热演化程度样品的生排烃特征，以确定有机质丰度下限，不能反映风化过程造成的有机质丰度的降低程度。

中国专利申请CN109507733A公开了一种预测烃源岩有机质丰度的方法及装置。该方法包括：获取目标区域的测井曲线；根据所述测井曲线计算所述目标区域的总有机碳TOC值；根据所述目标区域的TOC值，结合测井曲线合成地震记录，进行井震标定；根据所述井震标定的结果，提取井旁道地震属性特征，建立TOC与所述地震属性特征的关系式；根据所述关系式建立目标区域TOC的空间分布。该方法需利用钻井资料的大量测井数据与地震资料，其目标是通过地震与测井资料拟合出现今地质条件下的残余有机质丰度分布特征，不能反映风化过程造成有机质丰度的降低程度，无法进行野外露头有机质丰度的风化校正。

中国发明专利CN104697959B公开了一种计算原始有机质丰度恢复系数的方法，该方法包括:建立各有机质类型生烃率G与镜质体反射率Ro之间的数学关系；求得残余降解率Dc与生烃率G之间的关系；在假设原始生烃率Gy为镜质体反射率Ro等于4时的生烃率时，根据生烃率G与镜质体反射率Ro之间的关系和残余降解率Dc与生烃率G之间的关系，得出高演化烃源岩原始有机质丰度恢复系数Rc与镜质体反射率Ro的关系；以及利用镜质体反射率Ro和有效有机碳向烃类转化的转化系数a，求得高演化烃源岩的原始有机质丰度恢复系数Rc，对高演化烃源岩的原始有机质丰度进行恢复。该专利需进行大量的镜质体反射率测定结果，其所采用方法是应用于有机质丰度随热演化程度造成的损耗部分的校正。泥页岩有机质丰度的损耗存在两大原因，其一是随热演化程度造成的有机质丰度降低，另一方面是在风化过程中有机质丰度的降低。该方法只能反映第一种方式的影响，不能反映风化过程造成的有机质丰度的降低程度，无法进行野外露头有机质丰度的风化校正。

因此，亟需建立野外露头有机质丰度风化校正的方法，为露头区烃源岩客观评价提供支持，为区带油气潜力科学预测奠定基础。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种利用有机元素确定露头烃源岩原始有机碳的方法，本发明利用有机元素确定露头烃源岩原始有机碳，建立野外露头有机质丰度风化校正的方法，为露头区烃源岩客观评价提供支持，为区带油气潜力科学预测奠定基础。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种利用有机元素确定露头烃源岩原始有机碳的方法，其包括以下步骤：

选取研究区目的层段露头剖面或选取产状相对垂直剖面，实施浅钻孔取心，进行系统取样；

对取样样品进行有机元素和总有机碳测定；

计算各样品中H/C原子比、O/C原子比；

确定未风化样品及其TOC值；

根据各样品TOC与未风化样品TOC值，计算各样品的有机质丰度校正系数；

分析系列样品的H/C原子比、O/C原子比与有机质丰度校正系数Ki的相关性，建立回归定量模型；

确定剖面样品原始有机质丰度。

进一步地，实施浅钻孔取心时，钻孔深度20-100m。

进一步地，在靠近地表处进行密集取样，样品间隔0.1m-0.5m；岩心段取样间隔为0.2m-1m。

进一步地，将随着样品埋深的不断变化，O/C原子比趋于恒定值、有机碳测定结果趋于恒定值的样品，确定为未风化样品。

进一步地，计算各样品的有机质丰度校正因子Ki，公式为：

Ki＝TOC

TOC

进一步地，所述回归定量模型为原子比与丰度校正因子的单要素回归定量模型。

更进一步地，若对应的单要素回归定量模型相关系数较低，可进行多要素的拟合。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

本发明方法在地表露头、新鲜露头、浅钻孔和钻井样品系统取样基础上，针对同一层段的烃源岩样品进行有机元素、TOC等地球化学分析测试，利用有机元素的变化迁移来表征样品风化程度，建立有机元素与不同风化程度作用下TOC校正系数指标的量化关系，实现野外露头烃源岩在不同风化程度条件下原始有机质丰度的定量预测和科学评价。

本发明方法首次利用有机元素客观评价不同程度风化作用对于有机碳等有机质丰度的影响程度；以碳、氢、氧等有机元素迁移特征为核心，建立了不同程度风化作用下有机质丰度定量校正模型。为低勘探程度区野外露头烃源岩有机质丰度的客观评价提供技术支持和理论依据。

本发明方法仅需测定有机元素碳、氢、氧三项指标参数，步骤简单，易于操作和推广应用。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明所述利用有机元素确定露头烃源岩原始有机碳的方法的流程图；

图2为本发明实施例1所述样品埋深与有机质丰度(TOC)相关图；

图3为本发明实施例1所述样品埋深与氧碳原子比(IO/C)相关图；

图4为本发明实施例1所述样品埋深与氢碳原子比(IH/C)相关图；

图5为本发明实施例1所述样品埋深与TOC风化校正系数(K)相关图；

图6为本发明实施例1所述TOC风化校正系数(K)与氧碳原子比(IO/C)相关图

图7为本发明实施例1所述TOC风化校正系数(K)与氧碳原子比(IH/C)相关图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

如图1所示，所述利用有机元素确定露头烃源岩原始有机碳的方法，包括以下步骤：

步骤1，针对烃源岩研究目的层段，通过野外踏勘确定该烃源岩层段出露区；优先选取新修公路、新开采矿山等新鲜露头剖面；或选取产状相对垂直剖面，实施浅钻孔取心，钻孔深度建议20-100m，具体深度以地层岩性、年代、产状及风化时长等因素确定；结合实际地质情况，也可租用挖掘设备予以辅助。

步骤2，对上述新鲜露头样品或浅钻孔目的层段进行系统取样，其中地下保存条件较好段取样间隔可为0.2m-1m，靠近地表处取样间隔适当加密为0.1m-0.5m。

步骤3，针对系统取样的样品，进行C、H、O等有机元素测定，同时进行有机碳(TOC)、热解、镜鉴及全岩光片有机质丰度与类型相关的地球化学分析测试。

步骤4，利用有机元素测定结果，计算各样品H/C原子比(I

步骤5，结合将随着样品埋深的不断变化，O/C原子比趋于恒定值、有机碳测定结果趋于恒定值的样品，确定为未风化样品的判定，以其有机碳值作为TOC

步骤6，根据各样品TOC(TOC

K

步骤7，分析系列样品的H/C原子比、O/C原子比与有机质丰度校正系数Ki的相关性，建立回归定量模型，即

K

K

若对应的单要素模型相关系数较低，可进行多要素的拟合。

即：

K＝f(I

步骤8，测定该区其它地表露头烃源岩样品的有机元素与TOC，代入步骤7中确定的公式，即可确定未风化作用的原始TOC值(TOC

TOC

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

所述利用有机元素确定露头烃源岩原始有机碳的方法，包括以下步骤：

(1)选取新疆自治区准噶尔盆地吉木萨尔南部中二叠统地层产状近直立的剖面，实测地层倾角为89°，研究层位为中二叠统芦草沟组(P

(2)针对芦草沟组的烃源岩发育集中段，实施深度35m的浅钻孔，并进行全井段取心。

(3)在靠近地表处进行密集取样，样品间隔0.1m-0.5m，地下保存条件较好的岩心段取样间隔为0.2m-1m。

(4)进行有机碳(TOC)等有机质丰度相关的地球化学分析测试，样品有机质丰度为0.78％-2.35％，有机质类型为Ⅰ型。编制P

(5)利用GB/T 19143-2003方法，测定样品C、H、O等有机元素含量。根据元素测定结果，计算样品H/C原子比(I

(6)结合将随着样品埋深的不断变化，O/C原子比趋于恒定值、有机碳测定结果趋于恒定值的样品，确定为未风化样品的判定，由上图可以看出，该剖面风化影响深度约为5m-10m。在埋深10m-25m样品，TOC趋近于2.35％，氧碳原子比近似恒定为0.040，因此将未风化样品TOC值(TOC

(7)根据各样品TOC(TOC

Ki＝TOC

在此基础上，绘制样品埋深与TOC校正系数相关图(图5)。由图5可知，样品TOC校正系数最大可达3.01。

(8)分析系列样品的H/C原子比(I

K

K

如图所示，I

(9)在单要素基础上可进行二元回归，建立C、H、O有机元素共同约束的有机质丰度校正量化模型。

K＝f(I

通过多元回归，得到多因素约束下的有机质丰度风化校正系数量化预测公式为：

K＝0.619×ln(I

(10)测定该区其它地表露头烃源岩样品的有机元素与TOC，代入步骤9中确定的公式，即可确定未风化作用的原始TOC值(TOC

TOC

实施例2

所述利用有机元素确定露头烃源岩原始有机碳的方法，包括以下步骤：

(1)选取新疆自治区准噶尔盆地西南部四棵树河古近系地层产状近直立的剖面，实测地层倾角为80°，研究层位为古近系安集海河组(E

(2)针对安集海河组的烃源岩发育集中段，地表以上的新鲜露头段约10m；在地面对应位置实施浅钻孔，由于地层并非完全直立，为了钻取同一层段的岩心样品，计算了地层倾角与对应深度，分别进行了深度为9m、15m的2个浅钻孔，根据露头目的层岩性组合与取心岩性对比，确定为目的烃源岩层的样品，并进行对应井段取心。

(3)在地表以上及靠近地表的岩心段进行密集取样，样品间隔0.1m-0.4m，地下保存条件较好的岩心段取样间隔为0.4m-1m。

(4)进行有机碳(TOC)等有机质丰度相关的地球化学分析测试，样品有机质丰度为0.78％-1.75％，有机质类型为Ⅱ

(5)利用GB/T 19143-2003方法，测定样品C、H、O等有机元素含量。根据元素测定结果，计算样品H/C原子比(I

(6)结合将随着样品埋深的不断变化，O/C原子比趋于恒定值、有机碳测定结果趋于恒定值的样品，确定为未风化样品的判定，由上图可以看出，该剖面风化影响深度约为5m-10m。在埋深6m-23m样品，TOC趋近于1.75％，氧碳原子比近似恒定为0.036，因此将未风化样品TOC值(TOC

(7)根据各样品TOC(TOC

K

在此基础上，编制样品埋深与TOC校正系数相关图，样品TOC校正系数最大为2.61。

(8)分析系列样品的H/C原子比、O/C原子比与有机质丰度校正因子K

K

K

由于I

(9)测定该区其它地表露头烃源岩样品的有机元素与TOC，代入步骤8中K

TOC

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。