基于“Van Kerevenlen”圖解的干酪根類(lèi)型及成熟度數(shù)值化分析方法

熊德明

(重慶市頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)環(huán)境保護(hù)工程技術(shù)研究中心　重慶涪陵頁(yè)巖氣環(huán)保研發(fā)與技術(shù)服務(wù)中心，重慶40800)

韓旭

(成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059)

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基于“Van Kerevenlen”圖解的干酪根類(lèi)型及成熟度數(shù)值化分析方法

熊德明

(重慶市頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)環(huán)境保護(hù)工程技術(shù)研究中心重慶涪陵頁(yè)巖氣環(huán)保研發(fā)與技術(shù)服務(wù)中心，重慶40800)

韓旭

(成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059)

為了彌補(bǔ)“Van Kerevenlen”圖版的不足，提出了建立干酪根類(lèi)型數(shù)學(xué)模型和干酪根成熟度數(shù)學(xué)模型。驗(yàn)證干酪根類(lèi)型數(shù)學(xué)模型時(shí)，計(jì)算了23個(gè)樣品(6個(gè)地區(qū))；驗(yàn)證干酪根成熟度數(shù)學(xué)模型時(shí)，計(jì)算了35個(gè)樣品(9個(gè)地區(qū))。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，所建立兩個(gè)數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果基本相符，說(shuō)明新建模型是可靠的，是對(duì)“Van Kerevenlen”圖版確定干酪根類(lèi)型和成熟度的一個(gè)補(bǔ)充。同時(shí)避免了礦物基質(zhì)、瀝青污染和芳構(gòu)化程度等因素對(duì)確定干酪根類(lèi)型和成熟度的影響，降低了試驗(yàn)測(cè)試所導(dǎo)致的誤差，彌補(bǔ)了高-過(guò)成熟度樣品干酪根類(lèi)型和成熟度確定的難題，實(shí)現(xiàn)了干酪根類(lèi)型和成熟度數(shù)值化計(jì)算。

H/C；O/C；Ro；干酪根類(lèi)型；“Van Kerevenlen”圖版

目前，用于確定干酪根類(lèi)型的方法較多[1～6]，其中基于元素分析資料的“Van Kerevenlen”圖解三型分類(lèi)法被廣泛使用，四型分類(lèi)法則彌補(bǔ)三型分類(lèi)法對(duì)死碳分析的不足?！癡an Kerevenlen”圖解不僅表明了干酪根類(lèi)型與油氣之間的關(guān)系，還闡述了Ro(鏡質(zhì)體反射率)隨H/C和O/C的變化，Ro越小，H/C和O/C越大，且Ro與H/C～O/C存在曲線關(guān)系(如圖1)。但是，“Van Kerevenlen”圖解也存在一些不足：①演化程度越高，不同干酪根的演化途徑趨于一致，其干酪根類(lèi)型和成熟度難以區(qū)分；②自然界中干酪根投放在該圖解上是成片分布的，不可能只形成幾條曲線(干酪根曲線和成熟度曲線)；③運(yùn)用該圖解確定干酪根類(lèi)型和成熟度時(shí)，帶有許多主觀因素。因此，有必要將“Van Kerevenlen”圖解法進(jìn)行數(shù)值化，提高該圖解確定干酪根類(lèi)型和成熟度的準(zhǔn)確度。

1　建立計(jì)算模型

1.1干酪根類(lèi)型計(jì)算模型

從調(diào)研的情況來(lái)看，干酪根類(lèi)型確定方法較多，但是都只能進(jìn)行簡(jiǎn)單粗略劃分。為了彌補(bǔ)“Van Kerevenlen”圖解在干酪根類(lèi)型劃分過(guò)程中存在的不足，筆者對(duì)“Van Kerevenlen”圖解中的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型干酪根分界線進(jìn)行了曲線擬合，獲得各類(lèi)型干酪根曲線方程，而后計(jì)算干酪根H/C和O/C到各干酪根類(lèi)型曲線的距離，距離最小即為該型干酪根。計(jì)算步驟如下：

利用最小二乘法[7]建立了干酪根類(lèi)型計(jì)算模型。

Ⅰ型干酪根的回歸方程：

(1)

Ⅱ型干酪根的回歸方程：

(2)

Ⅲ型干酪根的回歸方程：

f(x)=194.73x3-101.07x2+17.44x-0.3241

(3)

Ⅳ型干酪根的回歸方程：

f(x)=-10.841x2+4.2711x-0.0236

(4)

確定最小距離[8]：假設(shè)d1為點(diǎn)M到式(1)的距離；d2為點(diǎn)M到式(2)的距離；d3為點(diǎn)M到式(3)的距離；d4位點(diǎn)M到式(4)的距離。而后采用迭代原理計(jì)算各個(gè)距離并要求精度小于0.01。

確定干酪根類(lèi)型：將各個(gè)距離值進(jìn)行排序，如果計(jì)算結(jié)果為d1

1.2干酪根Ro計(jì)算模型

圖2　干酪根類(lèi)型圖(四分法)

通常反映干酪根演化程度的Ro是通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試得到。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定Ro存在一定的局限性，如：①篩選鏡質(zhì)組時(shí)缺少參照組分；②某些地層缺乏鏡質(zhì)體組分，如前石炭系；③干酪根類(lèi)型影響Ro；④鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組之間存在過(guò)渡組分；⑤巖石類(lèi)型影響Ro；⑥測(cè)試儀器的精度等[1，9～12]。所以，需要建立新的干酪根成熟度確定方法，彌補(bǔ)試驗(yàn)測(cè)試Ro的不足，特別是成熟度較高的樣品。

干酪根Ro不僅與H/C有關(guān)[13～15]，而且與H/C～O/C同時(shí)存在曲線關(guān)系；另外H/C和O/C不受礦物基質(zhì)、瀝青污染和芳構(gòu)化程度等因素的影響。在“Van Kerevenlen”圖版成熟度曲線基礎(chǔ)上，擬合不同Ro與H/C～O/C 的關(guān)系曲線，通過(guò)Matlab軟件建立干酪根Ro與H/C～O/C曲線的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)Ro的準(zhǔn)確確定，如圖2。

采用最小二乘法進(jìn)行曲線回歸，通過(guò)曲線的回歸，筆者可以得到不同Ro的擬合曲線。

Ro=0.4%時(shí)的回歸方程：

f(x)=0.0781x3-0.3805x2+0.4984x+0.0073

(5)

Ro=0.5%時(shí)的回歸方程：

f(x)=0.1364x3-0.5564x2+0.6141x+0.0823

(6)

Ro=1.0%時(shí)的回歸方程：

f(x)=-0.358x2+0.4845x-0.0831

(7)

Ro=1.5%時(shí)的回歸方程：

f(x)=-0.3877x2+0.4667x-0.0831

(8)

Ro=2.0%時(shí)的回歸方程：

f(x)=-0.3423x2+0.3673x-0.0587

(9)

式中：x為H/C；f(x)為O/C。

將式(5)～(9)的數(shù)據(jù)代入Matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到Ro=f(H/C，O/C)的關(guān)系式(如圖3)，即z=f(x,y)：

Ro=0.4%～0.5%

f(x,y)=p00+p10x+p01y+p20x2+p11xy+p02y2+p30x3+p21x2y+

p12xy2+p03y3+p40x4+p31x3y+p22x2y2+p13xy3+p04y4

(10)

式中:x為O/C；y為H/C；且O/C>fRo=0.5%(H/C)；p00= 0.8191,p10= -18.04,p01= 0.8526,p20= 147.1,p11= 23.95,p02= -2.369；p30= -567.7,p21= -146.7,p12= -6.772,p03= 1.544,p40= 902.2,p31= 234.1；p22= 32.74,p13= -0.3605,p04= 0.3021；Ro=0.5%～2.0%。

f(x,y)=p00+p10x+p01y+p20x2+p11xy+p02y2+p30x3+p21x2y+

p12xy2+p03y3+p40x4+p31x3y+p22x2y2+p13xy3+p04y4

(11)

式中:x為O/C；y為H/C；且O/C

將試驗(yàn)測(cè)試的H/C、O/C代入式(10)、式(11)，從而獲得該樣品的Ro。

圖3　 Ro擬合曲面圖(X：O/C，Y：H/C，Z：Ro)

2　方法的驗(yàn)證

2.1干酪根類(lèi)型模型

為了驗(yàn)證所建立模型的可行性，筆者查閱了我國(guó)6個(gè)盆地近23個(gè)代表性樣品的干酪根H/C和O/C，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。該次收集的松遼盆地樣品以Ⅰ型為主，陜甘寧盆地樣品以Ⅳ型為主，柴達(dá)木盆地樣品以Ⅳ型為主，渤海灣盆地樣品以Ⅱ型為主，江漢盆地樣品以Ⅲ型為主。

表1　各盆地的干酪根類(lèi)型判識(shí)

將各盆地干酪根的H/C和O/C代入新建立干酪根類(lèi)型計(jì)算模型，運(yùn)用編寫(xiě)的VBA程序來(lái)計(jì)算點(diǎn)(H/C，O/C)到四類(lèi)型曲線的距離，距離值越小，說(shuō)明干酪根越接近該類(lèi)型干酪根，如表1。由表1可知，前人對(duì)干酪根類(lèi)型劃分結(jié)果與筆者新建模型的計(jì)算結(jié)果基本符合。前人用圖版法判斷的結(jié)果和新建模型計(jì)算結(jié)果存在一點(diǎn)誤差，可能是在采用圖版標(biāo)定干酪根類(lèi)型時(shí)，帶有較多人為主觀因素，而該次所建立的模型則客觀許多，所以該次新建立模型可以彌補(bǔ)圖版標(biāo)定干酪根類(lèi)型的不足之處，消除人為主觀因素的影響。另外，由于H/C和O/C不受礦物基質(zhì)、瀝青污染和芳構(gòu)化程度等因素的影響，可用于確定高、過(guò)成熟樣品干酪根類(lèi)型。

2.2干酪根成熟度模型

在驗(yàn)證干酪根成熟度模型的過(guò)程中，筆者搜集了我國(guó)9地區(qū)35個(gè)干酪根的H/C和O/C。將這35個(gè)樣品的H/C和O/C投在 “Van Kerevenlen”(圖4)圖上后發(fā)現(xiàn)，樣品分布在Ro=0.4%和Ro=1.5%之間，主要分布在0.5%～1.0%之間。隨后分兩步對(duì)所建Ro預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了驗(yàn)證：首先驗(yàn)證各個(gè)Ro曲線的準(zhǔn)確性；運(yùn)用編寫(xiě)的VBA程序計(jì)算“Van Kerevenlen”圖上點(diǎn)(H/C，O/C)到各個(gè)Ro曲線的距離，距離值越小，該點(diǎn)的Ro越靠近該Ro曲線，其中距離最小的2個(gè)距離值即為該點(diǎn)Ro的分布范圍(如表2和圖5)；從圖6可知，樣品的實(shí)測(cè)Ro分布在Ro預(yù)測(cè)范圍值內(nèi)，即擬合的Ro曲線方程是可靠的。其次驗(yàn)證Ro預(yù)測(cè)模型：將點(diǎn)(H/C，O/C)代入Ro～(H/C，O/C)曲線方程式(式(10))即可獲得該點(diǎn)的Ro預(yù)測(cè)值(見(jiàn)表2和圖5)；從表2和圖5可知，當(dāng)試驗(yàn)測(cè)試的Ro小于1.0%時(shí)，實(shí)測(cè)Ro和預(yù)測(cè)的Ro是符合的，當(dāng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的Ro大于1.0%時(shí)，預(yù)測(cè)Ro和實(shí)測(cè)Ro存在一定誤差，但均在Ro預(yù)測(cè)范圍內(nèi)；出現(xiàn)這種誤差的原因可能是實(shí)測(cè)Ro常常受到參照組分、過(guò)渡組分、巖石類(lèi)型、測(cè)試儀器精度等因素的影響，所以出現(xiàn)測(cè)試值和預(yù)測(cè)值不同的現(xiàn)象。但是， H/C和O/C不受礦物基質(zhì)、瀝青污染和芳構(gòu)化程度等因素的影響，且Ro預(yù)測(cè)值在Ro預(yù)測(cè)范圍值內(nèi)，所以Ro預(yù)測(cè)值是準(zhǔn)確的。另外，該模型不僅可以預(yù)測(cè)低成熟階段的樣品，還彌補(bǔ)了高成熟階段樣品Ro確定的問(wèn)題。

圖4　全國(guó)各大盆地的干酪根Ro分布圖　　　　　　　　圖5　全國(guó)各大盆地的干酪根Ro實(shí)測(cè)值與計(jì)算值

地區(qū)樣品序號(hào)井號(hào)O/CH/C實(shí)測(cè)Ro/%點(diǎn)到曲線的距離0.40.511.52Ro預(yù)測(cè)范圍/%計(jì)算Ro/%五彩灣1彩0050.09060.67130.710.01080.00130.00010.00160.00360.5～10.742彩1100.11260.69450.640.00710.00050.00140.00380.00700.5～10.673彩180.09520.83910.760.01190.00070.00100.00400.00790.5～10.784彩180.10400.81440.720.00990.00030.00130.00450.00860.5～10.705彩190.10730.79520.680.00910.00020.00140.00460.00860.5～10.676彩0010.11800.40110.420.00120.00120.00410.00580.00710.4～0.50.44阜康7阜110.09070.40080.820.00370.00010.00140.00240.00330.5～10.488阜110.07780.39400.930.00520.00040.00070.00140.00200.5～10.489阜20.08940.78190.670.01270.00110.00060.00240.00530.5～10.9010阜20.09020.82300.690.01290.00100.00070.00310.00650.5～10.8511阜20.07150.81670.690.01740.00260.00000.00140.00381～1.51.0512阜20.09050.50280.600.00670.00060.00040.00140.00260.5～10.7813阜20.10090.69470.730.00920.00080.00080.00260.00530.5～10.8214阜20.11400.76890.730.00770.00050.00170.00500.00900.5～10.60松遼15杜4020.06001.44000.460.01190.00040.03290.06280.07590.5～10.5016金670.06001.32001.210.01480.00020.01660.03830.04990.4～0.50.4717古3010.14001.28001.000.00210.00420.03630.06140.07630.4～0.50.4318霍10.12001.78000.940.00010.01100.16040.23280.25010.4～0.50.4219農(nóng)1010.03600.70001.500.02590.00770.00200.00030.00041.5～21.9820長(zhǎng)30.09000.90000.500.01320.00090.00110.00490.00950.5～10.7721煤樣0.13000.53000.910.00220.00050.00320.00560.00810.4～0.50.47江漢22紅四110.16001.08000.450.00160.00360.01930.03700.04940.4～0.50.4223廣100.16000.85000.600.00200.00190.00850.01640.02410.4～0.50.4424王東160.16000.91000.600.00200.00210.01010.01980.02860.4～0.50.43柴達(dá)木25旱20.09000.74000.830.01210.00150.00050.00200.00450.5～10.9226旱20.16000.75000.960.00170.00140.00700.01280.01880.4～0.50.4427旱20.13000.76001.280.00510.00010.00310.00720.01190.5～10.49南襄28泌740.07001.19101.100.01520.00040.00740.02210.03170.5～10.5629雙4070.03001.59000.450.01480.00000.05300.09190.10520.4～0.50.50陜甘寧30富300.11000.90000.920.00900.00010.00260.00800.01370.5～10.5531華280.10000.61000.450.00780.00070.00040.00220.00420.5～10.8332富300.06000.72000.450.01920.00430.00040.00050.00141～1.51.3233葫430.06000.81000.570.02050.00390.00020.00080.00251～1.51.20渤海灣34營(yíng)100.09001.22000.600.01020.00040.01360.03310.04450.5～10.5035安290.14001.22000.450.00260.00330.02760.05060.06450.4～0.50.43

3　結(jié)論

1)利用干酪根類(lèi)型數(shù)學(xué)模型計(jì)算了6個(gè)盆地23個(gè)樣品的干酪根類(lèi)型，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果和圖版法確定的結(jié)果基本符合，說(shuō)明新建模型的計(jì)算結(jié)果是可靠的，消除干酪根確定過(guò)程中人為主觀因素的影響，彌補(bǔ)了“Van Kerevenlen”圖版確定干酪根類(lèi)型速度和精度不高的問(wèn)題。

2)利用干酪根成熟度數(shù)學(xué)模型計(jì)算了9個(gè)地區(qū)35個(gè)樣品的干酪根成熟度，從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，試驗(yàn)測(cè)試的Ro在Ro預(yù)測(cè)范圍值內(nèi)，但不同于數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)的Ro；其原因可能是試驗(yàn)測(cè)試Ro常常受到參照組分、過(guò)渡組分、巖石類(lèi)型、測(cè)試儀器精度等因素的影響，而H/C和O/C不受礦物基質(zhì)、瀝青污染和芳構(gòu)化程度等因素的影響，且該模型是基于“Van Kerevenlen”圖版而建立的，所以其Ro預(yù)測(cè)值是準(zhǔn)確的，建立的模型是可靠的，也彌補(bǔ)了“Van Kerevenlen”圖版確定干酪根成熟度速度和精度不高的問(wèn)題。

3)該次研究所建兩個(gè)模型避免了礦物基質(zhì)、瀝青污染和芳構(gòu)化程度等因素對(duì)干酪根類(lèi)型和成熟度的影響及試驗(yàn)測(cè)試所導(dǎo)致的誤差，實(shí)現(xiàn)了干酪根類(lèi)型和成熟度數(shù)值化計(jì)算，彌補(bǔ)了高-過(guò)成熟度樣品干酪根類(lèi)型和成熟度確定難的問(wèn)題。

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[編輯]宋換新

2016-05-10

中國(guó)科學(xué)院西部行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目(KZCX2-XB3-12)；中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)性科技專(zhuān)項(xiàng)(XDB01030403)。

熊德明(1984-)，男，博士，工程師，主要從事天然氣地質(zhì)和油氣地球化學(xué)研究，xiongdeming2004@126.com。

TE122.2

A

1673-1409(2016)29-0001-06

[引著格式]熊德明，韓旭.基于“Van Kerevenlen”圖解的干酪根類(lèi)型及成熟度數(shù)值化分析方法[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(29):1～6.