鏡質(zhì)體反射率的研究現(xiàn)狀

孔偉思，方 石，袁 魏，王 凱，聶鏡奇，侯繼盛

鏡質(zhì)體反射率的研究現(xiàn)狀

孔偉思1，方 石1，袁 魏3，王 凱1，聶鏡奇2，侯繼盛2

（1. 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130021； 2. 吉林省第二地質(zhì)調(diào)查所，吉林 吉林 132013；3. 中國(guó)石化江蘇油田物探技術(shù)研究院，江蘇 南京 210046）

鏡質(zhì)體的反射率與其受熱升溫正相關(guān)，該過(guò)程不可逆且十分穩(wěn)定。鏡質(zhì)體反射率最早用于煤巖學(xué)，其后作為重要的數(shù)字標(biāo)尺被用于分析烴源巖的生烴模式。本文詳述了該方法的基本原理、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、數(shù)據(jù)校正以及在盆地?zé)釟v史等方面應(yīng)用，特別論述了 20世紀(jì)以來(lái)的發(fā)展過(guò)程。其中該方法在熱史方面的應(yīng)用，由早期簡(jiǎn)單圖版法，發(fā)展至現(xiàn)今的復(fù)雜計(jì)算模擬，其中經(jīng)典的是Lerche計(jì)算法和Easy%Ro模擬法，已經(jīng)可以較為準(zhǔn)確的恢復(fù)盆地的熱史和經(jīng)歷的最高古地溫。此外利用地層中Ro值與深度之間的關(guān)系恢復(fù)剝蝕量，以及分析盆地的類(lèi)型和排驅(qū)壓力。目前，鏡質(zhì)體反射率正在朝微觀化和系統(tǒng)化兩個(gè)方向發(fā)展，一是通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的雙峰或多峰直方圖了解芳香苯環(huán)的區(qū)別和不同來(lái)源，定量解釋其受熱過(guò)程，二是發(fā)揮自身不可逆性及穩(wěn)定記錄的特點(diǎn)，與其他古溫標(biāo)法配合，相互約束揭示其受熱過(guò)程。

鏡質(zhì)體反射率；原理；實(shí)驗(yàn)方法；熱史；剝蝕量

1 引 言

隨著石油、煤炭等能源工業(yè)的不斷發(fā)展，盆地的熱演化過(guò)程逐漸被越來(lái)越多的研究人員重視。而且還發(fā)現(xiàn)，盆地?zé)嵫莼^(guò)程不僅與盆內(nèi)油氣等能源礦產(chǎn)的形成有密切的關(guān)系，還和沉積盆地的埋藏、流體以及盆地原型演化有密切的關(guān)系。因此，重建沉積盆地的溫度歷史對(duì)于認(rèn)識(shí)盆地的演化歷史、分析盆地演化過(guò)程中的地質(zhì)作用及其演化過(guò)程，具有重要的意義。

盆地?zé)崾返难芯糠椒ㄖ饕譃閮深?lèi)，一類(lèi)是地球動(dòng)力學(xué)模型法，另一類(lèi)是古溫標(biāo)法。目前較為常用的是古溫標(biāo)法，古溫標(biāo)法的種類(lèi)很多，如粘土礦物轉(zhuǎn)變法、鏡質(zhì)體反射率法、流體包裹體法和裂變徑跡等。鏡質(zhì)體反射率法自上世紀(jì)30年代首次用于測(cè)定煤化級(jí)別之后，已延用至沉積巖分散有機(jī)質(zhì)成熟度的測(cè)定［1,2］，是應(yīng)用最廣泛并可作為數(shù)字標(biāo)尺的有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)。因其可量化有機(jī)質(zhì)成熟度的優(yōu)點(diǎn)，得到了地?zé)崾费芯糠矫孀顝V泛的應(yīng)用。

2 鏡質(zhì)體反射率法的發(fā)展史

2.1 鏡質(zhì)體反射率測(cè)試方法的發(fā)展史

2.1.1 鏡質(zhì)體反射率的測(cè)試儀器的發(fā)展

1932年，Hoffmann和Jenkner首次發(fā)現(xiàn)，使用貝瑞克光度計(jì)測(cè)定時(shí)，反射光強(qiáng)度隨著煤級(jí)增高而增大，說(shuō)明鏡質(zhì)體反射率反映了煤的變質(zhì)程度 。這個(gè)發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)被用于確定煤級(jí)，由此開(kāi)始了鏡質(zhì)體反射率法的使用。但這種確定煤級(jí)的方法具有下述缺點(diǎn)(1)得到的數(shù)據(jù)是人為估計(jì)，較為主觀；(2)對(duì)比范圍大，在視域內(nèi)很難達(dá)到要求的顆粒數(shù)；(3)測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)。

1955年McCartney和Hofer利用光電倍增管改進(jìn)了測(cè)試技術(shù)，使這種方法測(cè)得的數(shù)據(jù)具有可重復(fù)性和可對(duì)比性，一直使用至今[1,4]。

2.1.2 鏡質(zhì)體反射率樣品制備的發(fā)展

在測(cè)試的制樣方法上，自上世紀(jì)60年代，鏡質(zhì)體反射率法用于油氣地質(zhì)后，測(cè)巖石中有機(jī)質(zhì)的Ro值需要將分散有機(jī)質(zhì)富集在一起，制成光片。由于整個(gè)過(guò)程流程較長(zhǎng)，成本高，1997年宋麗提出了全巖光片法，直接將樣品粉碎后加入環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑始之膠泥，待24 h凝固后拋光制成光片，節(jié)省了大量人力物力。

2.1.3 鏡質(zhì)體反射率的測(cè)定方法

上個(gè)世紀(jì)早期到現(xiàn)在，鏡質(zhì)體反射率的測(cè)定已出現(xiàn)多種類(lèi)型，如常規(guī)最大反射率法、隨機(jī)反射率法、平均反射率法、丁氏3A最大反射率法、在煤磚光片中測(cè)定雙反射率(△R)的方法等。目前常用的是最大反射率法和隨機(jī)反射率法。

（1）平均反射率法

礦物學(xué)上的平均反射率是指礦物處于 45°位時(shí)的反射率。如果在非偏光下測(cè)量，任意位測(cè)定的反射率都是平均反射率。

平均反射率法適用于煤及分散有機(jī)質(zhì)反射率的測(cè)定，但由于在高級(jí)煙煤和無(wú)煙煤階段，反射率各向異性增強(qiáng)，尤其在超級(jí)無(wú)煙煤階段，最小反射率迅速降低，最好用最大反射率作為這些煤級(jí)的指標(biāo)。

（2）丁氏3A最大反射率法

這種測(cè)定方法是指在偏光下，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)物臺(tái)45°二次，3個(gè)讀數(shù)為R1、R2和R3，則最大反射率

近似最小反射率

（3）丁氏3P最大反射率法(R3P)

以45°角間距轉(zhuǎn)偏光鏡，而不轉(zhuǎn)物臺(tái)。3個(gè)校正系數(shù)R1、R2、R3。校正系數(shù)是偏光鏡在兩個(gè)不同位置上所得的兩個(gè)反射率讀數(shù)之比值。任何標(biāo)準(zhǔn)片的校正系數(shù)可用下列方法求得:首先將偏光鏡置于0°位置上，用任一標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)顯微光度計(jì)系統(tǒng)，記錄P00時(shí)的反射率讀數(shù)，然后旋轉(zhuǎn)偏光鏡至45°及90°位置，分別記錄這兩個(gè)反射率讀數(shù)。

計(jì)算校正系數(shù)后可進(jìn)行反射率的測(cè)量，在偏光鏡0°、45°和90°的位置上，分別記錄鏡質(zhì)體顆粒上三個(gè)讀數(shù)。最大反射率Rsp可用校正系數(shù)和這三個(gè)讀數(shù)代入下式求出。

（4）丁氏平均反射率(Rtav)法

丁氏發(fā)現(xiàn)，同一鏡質(zhì)組顆粒上間隔90°的兩個(gè)反射率讀數(shù)的和是一常數(shù)，其平均值等于平均反射率。大量讀數(shù)的平均值為平均中值反射率。

（5）鄒氏最大反射率測(cè)定法

1981年，鄒韌提出了一種了自然光測(cè)定法。其原理是在偏光鏡位置上用前置玻片取代，使入射面與垂直照明器玻片的入射面重合，入射光為部分直線偏光，調(diào)整前置玻片入射角，使其透射的部分直線偏光偏振程度的負(fù)值和垂直照明器反射、透射的部分直線偏光偏振程度的正值相互抵消而使射向光電倍增管的光恢復(fù)成為自然光。再在這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中加入分析鏡，不旋轉(zhuǎn)物臺(tái)而旋轉(zhuǎn)分析鏡可實(shí)測(cè)最大反射率，即測(cè)得平均反射率。

（6）在煤磚光片中測(cè)定雙反射率(ΔR)的方法

1981年，B.Ф.Дoбpoнpaвoв提出了在部分偏振光下測(cè)定鏡質(zhì)組光學(xué)各向異性(ΔR)的方法。他證明了鏡質(zhì)體反射率總的分散由三部分組成，即

式中:Q—顯微光度計(jì)中光的偏振程度。確定Q的方法為在光片上，轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)條件下兩次測(cè)定鏡質(zhì)體最大、最小反射率。在部分偏光下測(cè)定，測(cè)得再在偏光下測(cè)定，測(cè)的兩次測(cè)定鏡質(zhì)體的同一位置。

光的偏振程度Q:

然后，分別在部分偏光和偏光下不轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)測(cè)定樣品中鏡質(zhì)體體積(隨機(jī))反射率則:

2.1.4 鏡質(zhì)體反射率法數(shù)據(jù)校正和誤差估計(jì)

1975年Stach和1977年Ting發(fā)現(xiàn)含殼質(zhì)組煤素質(zhì)的Ro測(cè)定值偏低，首次報(bào)道了鏡質(zhì)體反射率的抑制現(xiàn)象。此后在許多實(shí)際工作中也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)由于有機(jī)質(zhì)自身原因或外部因素影響，Ro值出現(xiàn)抑制或異常增大的情況，不能客觀反映鏡質(zhì)體反射率值代表的含義，需要加以校正。

1991年，澳大利亞Wilkins博士發(fā)明了FAMM技術(shù)，該技術(shù)主是為了解決烴源巖缺乏鏡質(zhì)體及鏡質(zhì)體富氫受抑制的問(wèn)題。是目前使用最廣泛，準(zhǔn)確率最高的校正方法。

1992年，Lo根據(jù)煤鏡質(zhì)體反射率受抑制的實(shí)際情況，提出了反射率校正圖。依據(jù)實(shí)測(cè)反射率值（已受到抑制）和經(jīng)過(guò)熱解測(cè)出的氫指數(shù)，投影到圖中（圖1）即可得到校正后的反射率值。

1994年，Quick使用反射率與熒光結(jié)合的方法校正鏡質(zhì)體反射率的誤差，他發(fā)現(xiàn)煤級(jí)和煤的類(lèi)型對(duì)鏡質(zhì)體的熒光強(qiáng)度有影響, 并給出公式:Ro1=Ro2+(FLI-1)/3.4 式中FLI以鈾玻璃為標(biāo)樣，值是100，在550～650 nm范圍內(nèi)測(cè)出的鏡質(zhì)體熒光強(qiáng)度自然對(duì)數(shù)值。Ro1為校正值；Ro2為測(cè)量值。1997年，Newman將本方法進(jìn)一步應(yīng)用于分散有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率抑制的研究，他測(cè)量了樣品中鏡質(zhì)體和惰性體顆粒的反射率和熒光強(qiáng)度(圖2)。在圖上用最小二乘法得出鏡質(zhì)體和惰性體熒光強(qiáng)度—反射率的擬合直線,熒光強(qiáng)度如果大于6% ,說(shuō)明鏡質(zhì)體顆粒富氫,Ro率受到了抑制。

Suggate利用煤的類(lèi)型與煤級(jí)研究煤的特性。1997年，Newman據(jù)此提出了鏡質(zhì)體反射率被抑制的校正圖。

圖中的“平均類(lèi)型線”表示鏡質(zhì)體反射率正常的煤化曲線,“等煤級(jí)線”代表等煤級(jí)煤的分布,它與煤化軌跡線斜交。Suggate圖可以評(píng)價(jià)煤樣的類(lèi)型和煤級(jí)。Suggate圖用揮發(fā)分(圖3)或n(H) /n(C)值確定高熱量與煤級(jí)和類(lèi)型哪個(gè)相關(guān)。在鏡質(zhì)體反射率與揮發(fā)分圖(圖4)中, 因等煤級(jí)煤的揮發(fā)分含量不同, 所以鏡質(zhì)體反射率存在很大差異。在評(píng)價(jià)鏡質(zhì)組反射率抑制時(shí),先使用揮發(fā)分和熱量獲得平均類(lèi)型的煤揮發(fā)分含量,再通過(guò)它獲得真實(shí)的反射率值。本方法里發(fā)熱量和揮發(fā)分(圖3, 4)均為干燥無(wú)礦物無(wú)硫基的。

2006年，孫立中、楊宗霖通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，量測(cè)平均鏡質(zhì)體反射率的不均性結(jié)果與 Gini 系數(shù)之間有良好的相關(guān)性; 說(shuō)明Gini系數(shù)在判識(shí)鏡質(zhì)體反射率在不均性的量測(cè)結(jié)果上具良好的量化性指標(biāo)。當(dāng)鏡質(zhì)體反射率之量測(cè)出現(xiàn)偏離平均值的寬頻現(xiàn)象時(shí),Gini系數(shù)可有效的作為頻寬量化的比較依據(jù)。

2.2 鏡質(zhì)體反射率用于確定煤化級(jí)別的發(fā)展史

1932年，Hoffmann和Jenkner發(fā)現(xiàn)了鏡質(zhì)體反射率與煤級(jí)的關(guān)系后，鏡質(zhì)體反射率法即用于定量鑒定煤級(jí)的指標(biāo)。

我國(guó)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期摸索，于上世紀(jì)60年代出臺(tái)了鑒定煤級(jí)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[5]。到上世紀(jì)70年代，Stach等把Ro分布圖方法用于煉焦配煤中，提高了煤品劃分對(duì)比的客觀性和效率。

1992年，李小彥等對(duì)長(zhǎng)焰煤——無(wú)煙煤七個(gè)煤級(jí)的煤層煤樣測(cè)試資料分析,總結(jié)了不同煤級(jí)煤的鏡質(zhì)體反射率分布圖特征，以此區(qū)分五業(yè)用煤屬單煤、混煤、混合的簡(jiǎn)單復(fù)雜程度。

1993年，肖文釗等提出混配煤鏡質(zhì)體反射率分布的測(cè)定方法,并應(yīng)用此方法判斷洗精煤混合程度,半定量確定混煤中各單種煤的比例，預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度。

2.3 鏡質(zhì)體反射率法在盆地?zé)崾贩矫娴陌l(fā)展史

2.3.1 鏡質(zhì)體反射率法研究盆地?zé)崾返陌攵垦芯侩A段

由于鏡質(zhì)體反射率與盆地的熱演化過(guò)程有著成因上的聯(lián)系，且人們對(duì)盆地?zé)嵫莼^(guò)程逐步重視，利用鏡質(zhì)體反射率研究和反映盆地?zé)嵫莼^(guò)程就成了必然選擇[6-8,9]。上世紀(jì)五六十年代，研究人員已經(jīng)初步開(kāi)始使用鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)古地溫，利用Ro與溫度之間的關(guān)系建立簡(jiǎn)單的圖版及公式來(lái)推算古地溫。

1955年，Karweil建立了“Karweil圖表”，1971年Bostick和Teichmuller對(duì)此圖表進(jìn)行了改進(jìn)（圖5），雖然仍有很多不足，但是由于當(dāng)時(shí)條件所限，這個(gè)圖仍很具代表性，被廣泛使用[4]。

上世紀(jì)70年代，隨著鏡質(zhì)體反射率與古地溫之間關(guān)系研究的不斷深入，出現(xiàn)了一些推算古地溫的公式。如1974年，Cannan以一級(jí)化學(xué)動(dòng)力學(xué)反映為基礎(chǔ)，根據(jù)12個(gè)油田的成油溫度與時(shí)間推出連續(xù)沉積盆地生油溫度和受熱時(shí)間之間的關(guān)系式:lgt=3014/T－6.490式中T為絕對(duì)溫度,t為地層年齡(圖6) 。

1975年，Hood等提出有機(jī)質(zhì)成熟度，溫度和受熱時(shí)間三者新的一種模式，建立了有機(jī)質(zhì)成熟度標(biāo)尺（Lom）與Ro、孢粉熱變指數(shù)、煤化程度等指標(biāo)的關(guān)系（圖7），以及有機(jī)質(zhì)成熟度標(biāo)尺（Lom）、有效受熱時(shí)間（Teff）和最高古地溫（Tmax）之間關(guān)系（圖8）。

早期建立起來(lái)的用于推算古地溫的方法還有古地溫“量板圖”（Cooper,1977;汪緝安等，1985）和1986年的鏡質(zhì)體反射率與地溫梯度關(guān)系式[10]。1986年Barker[10]的鏡質(zhì)體反射率與地溫梯度關(guān)系式。

2.3.2 鏡質(zhì)體反射率法用于盆地?zé)崾贩矫姘l(fā)展的定量階段

80年代，隨著鏡質(zhì)體反射率與受熱過(guò)程的研究不斷深入，特別是使用化學(xué)熱動(dòng)力學(xué)來(lái)研究芳香環(huán)苯的定向排列，鏡質(zhì)體反射率法恢復(fù)古地溫技術(shù)逐漸成熟，已經(jīng)可以使用擬合計(jì)算法來(lái)模擬和重建生油層的熱史。

1971年Lopatin，1980年Waples[8]在大量資料基礎(chǔ)上，提出了TTI指數(shù)，計(jì)算公式為T(mén)TI=∑rnΔt式中r=2，n為時(shí)間溫度指數(shù)。并且建立了TTI指數(shù)與

1983年 Middleton[3]和 Falvey[2]利用盆地地質(zhì)成因模型與有機(jī)質(zhì)成熟度擬合計(jì)算結(jié)合起來(lái)擬合計(jì)算盆地古地溫。提出了鏡質(zhì)體反射率與溫度、時(shí)間之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。

1984年，Lerche等提出利用熱化學(xué)反應(yīng)中的時(shí)間—溫度綜合作用指數(shù)與熱傳導(dǎo)原理相結(jié)合的方法來(lái)重建古地溫史和古熱流史，即從盆地現(xiàn)今的熱流或地溫資料出發(fā)，反推古熱流史和古地溫史，并用實(shí)測(cè)的鏡質(zhì)體反射率資料來(lái)檢驗(yàn)，建立了計(jì)算古地溫的數(shù)學(xué)表達(dá)式。此方法利用實(shí)測(cè)資料計(jì)算的時(shí)間一溫度綜合作用指數(shù)與根據(jù)模型推算的理論值之間的偏差達(dá)到極小。

1989年 Sweeney和 Burnham用活化能分布的Arrhenius一級(jí)平行反應(yīng)方法建立了的鏡質(zhì)體反射率與熱成熟計(jì)算的VITRIMAT模型，1990經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)，完善了一種反演沉積有機(jī)質(zhì)熱歷史的新方法—Easy%Ro數(shù)值模擬法，該方法使計(jì)算速度顯著增加，目前已成為古地溫研究中最常用的模型；

1993年Suzuki[11]等在EASY%Ro模型的基礎(chǔ)上建立鏡質(zhì)體反射率模型SIMPLE-Ro。

1998年，冉啟貴、胡國(guó)藝在利用鏡質(zhì)體反射率進(jìn)行熱史反演領(lǐng)域，提出的分階段熱史反演模擬方法,力求克服簡(jiǎn)單模型的弱點(diǎn),考慮復(fù)雜地質(zhì)條件對(duì)熱流反演的影響,以利于廣泛應(yīng)用。

2.4 鏡質(zhì)體反射率法恢復(fù)地層剝蝕厚度的發(fā)展歷史

1977年Dow提出的利用鏡質(zhì)體反射率(Ro)估算不整合面地層剝蝕厚度的方法，將不整合面上、下構(gòu)造層中Ro隨深度的跳躍歸結(jié)為不整合面地層剝蝕的影響，使用剝蝕面上下相鄰地層Ro值的差異推算剝蝕量。

1989年，何生、王青玲對(duì)Dow的方法提出改進(jìn)，將斷面以下的有機(jī)質(zhì)成熟度擬合線反延至 Ro值為0.2%處（古地表Ro值為0.18%～0.2%），則該點(diǎn)與斷面之間距離為剝蝕厚度；

1999年，胡圣標(biāo)[12]等人提出了最高古地溫法。將Ro值轉(zhuǎn)換為最高古地溫, 求取古地?zé)崽荻群? 再估算剝蝕厚度；同年，陳增智[13]等人的Ro-TTI法，認(rèn)為只考慮剝蝕面附近鏡質(zhì)體反射率差值是不全面的，利用有機(jī)質(zhì)成熟度時(shí)間溫度關(guān)系的模型(TTI),建立修正的鏡質(zhì)體反射率剝蝕厚度恢復(fù)方法；

2005年，佟彥明等提出了一種新的利用鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)地層剝蝕厚度的方法, 該方法直接將該構(gòu)造層的線性回歸關(guān)系外推至地表Ro的近似值處，而得到近似的古地表位置, 古地表位置和不整合面位置的差值即為剝蝕厚度。

3 鏡質(zhì)體反射率的原理及概念體系

鏡質(zhì)體反射率是指鏡質(zhì)體（在綠光中）的反射光強(qiáng)度對(duì)垂直入射光強(qiáng)度的百分比[14]。煤中的鏡質(zhì)體是一組富氧的顯微組分，由同泥炭成因有關(guān)的腐殖質(zhì)組成。干酪根的熱解過(guò)程與煤中鏡質(zhì)體的演化過(guò)程相同，其基本成分為鏡質(zhì)體碎片和非晶質(zhì)有機(jī)物，主要來(lái)源于陸生高等植物碎片。鏡質(zhì)體的核為芳香苯環(huán)，當(dāng)有機(jī)質(zhì)變質(zhì)程度低時(shí), 芳香苯環(huán)核是無(wú)定向排列的, 堆積比較松散,測(cè)得的反射率就低;隨著演化程度增高, 芳香苯環(huán)縮合程度加大,增長(zhǎng)為更大的結(jié)構(gòu)單元, 非芳香組分減少。因此芳香苯環(huán)排列越定向,堆積越緊密,就越光滑, 測(cè)得的反射率增高，而且芳香苯環(huán)定向排列的過(guò)程不可逆性。

盆地的熱演化過(guò)程與大地?zé)崃?、沉積物埋藏和巖石熱導(dǎo)率有關(guān)。單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)地表單位面積的熱流量稱為大地?zé)崃鱗15]，是地球內(nèi)熱通過(guò)地表可以直接測(cè)量得到的物理量。巖石熱導(dǎo)率指沿?zé)醾鲗?dǎo)方向在單位厚度巖石兩側(cè)的溫度差為 1 ℃時(shí)單位時(shí)間內(nèi)所通過(guò)的比熱流量。大地?zé)崃饕话阌媒?jīng)典的高斯一維模型描述，該模型不考慮橫向流體對(duì)熱狀態(tài)的影響。大地?zé)崃髦凳堑販靥荻扰c熱導(dǎo)率的積。地溫梯度[15]指地層每增加一定深度段（或單位深度）時(shí)溫度升高的幅度，它是表示地球內(nèi)部溫度不均勻分布程度的參數(shù)，一般埋深越深處的溫度值越高。地溫梯度的變化反映盆地?zé)釥顟B(tài)的變化，引起地溫梯度改變的原因往往是大地?zé)崃鞯淖兓?/p>

利用一定地質(zhì)時(shí)期的地溫梯度與埋藏深度就可以得到某個(gè)埋深的地溫。從某種程度上說(shuō)，沉積物中鏡質(zhì)體的反射率值，是該鏡質(zhì)體加熱過(guò)程的積分，是溫度與時(shí)間的函數(shù)。也就是說(shuō)我們知道大地?zé)崃髦岛吐癫厥?，我們就可以推?dǎo)出鏡質(zhì)體反射率的值。埋藏史是指隨著盆地沉降充填使得沉積物不斷被充填壓實(shí)，之后盆地抬升地層沉積間斷或遭受剝蝕，這樣反復(fù)進(jìn)行的埋藏過(guò)程。因此，在埋藏史確定之后，才可以使用鏡質(zhì)體反射率反向揭示盆地?zé)嵫莼^(guò)程。

4 鏡質(zhì)體反射率的實(shí)驗(yàn)方法

4.1 測(cè)定方法

鏡質(zhì)體反射率值是指在顯微鏡下，鏡質(zhì)體拋光面的反射光強(qiáng)度與垂直入射光強(qiáng)度的百分比。其原理是光電倍增管所接受的反射光強(qiáng)與其光電信號(hào)成正比，在顯微鏡下用一定強(qiáng)度的入射光照射時(shí)，對(duì)比鏡質(zhì)體和已知反射率的標(biāo)準(zhǔn)片的光電信號(hào)值而加以確定（如圖9）。

鏡質(zhì)體反射率的公式為:

式中: I0—反射光強(qiáng)度；

I —入射光強(qiáng)度。

鏡質(zhì)體反射率的測(cè)定使用的是最大反射率法和隨機(jī)反射率法。

常規(guī)最大反射率法:

在偏光及常溫（23 ℃）下，Ne = 1.518的浸油中，在波長(zhǎng)為(546±5)nm的綠色光下進(jìn)行測(cè)定。樣品可以是煤粒任意定向的煤磚光片或垂直層面或斜交層面磨制的塊煤光片。測(cè)點(diǎn)選定之后，緩慢地旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)360°，記錄最大反射率讀數(shù)即為最大反射率。由于煤中鏡質(zhì)組反射率有差異，因此必須在謀片上測(cè)得均勻分布的足夠的點(diǎn)數(shù)，取其平均值，叫做平均最大反射率這是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案中推薦的方法。

在測(cè)最大反射率時(shí)，在樣品轉(zhuǎn)動(dòng)中也一可記錄到一個(gè)最小值。最小值是在垂直于最大值方位上測(cè)得的。如果徉品是垂直煤層層面的塊煤光片，這個(gè)最小值就是真正的最小反射率，其平均值叫平均最小反射率如果樣品是斜交層面的塊煤光片或煤磚光片，這個(gè)值叫平均近似最小反射率根據(jù)塊煤光片中測(cè)得的平均最大和最小反射率可計(jì)算出平均反射率和隨機(jī)反射率（或體積反射率，即

隨機(jī)反射率法

測(cè)定隨機(jī)反射率有兩種方法;一種是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案中推薦的方法，即不用偏光鏡，不轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，在煤磚光片中測(cè)定鏡質(zhì)組隨機(jī)反射率。大量讀數(shù)的平均值叫隨機(jī)反射率。被稱為非偏光下測(cè)定的平均反射率(average reflectance)。后來(lái)，Hevia & virgos (1977)引入“隨機(jī)反射率”(random&reflectance)一詞，被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采用，改稱為隨機(jī)反射率法。另一種是在偏光下，不轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)測(cè)定的反射率也稱之為隨機(jī)反射率。美國(guó)、蘇聯(lián)及國(guó)內(nèi)的一些煤巖工作者也采用這種方法。已經(jīng)證明，煤磚光片中測(cè)定的平均隨機(jī)反射率與入射光的偏振程度無(wú)關(guān)，但是為了減少由光學(xué)各向異性引起的鏡質(zhì)組反射率的分散，提高測(cè)量精度，最好在非偏光下進(jìn)行測(cè)定。

平均隨機(jī)反射率可以用經(jīng)驗(yàn)式轉(zhuǎn)換成

4.2 制樣

推薦全巖光片法，將樣品粉碎、膠泥、凝固、拋光。

4.3 數(shù)據(jù)的校正

由于鏡質(zhì)體反射率測(cè)值受外界或自身的影響，可能出現(xiàn)抑制或增大，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)需要校正。目前最常用，準(zhǔn)確率較高的鏡質(zhì)體反射率值校正法是烴源巖有機(jī)質(zhì)多組分顯微熒光探針(FAMM)分析技術(shù)方法。1989-1991年間，Wilkins博士及其科研小組研究并建立了 FAMM( Fluorescence Alteration of Multiple Macerals)技術(shù)。它是現(xiàn)行解決烴源巖鏡質(zhì)體反射率抑制較為有效方法，主要針對(duì)烴源巖中鏡質(zhì)體反射率受抑制或增強(qiáng)，烴源巖中鏡質(zhì)體含量低或不好辨識(shí)的情況。為盆地模擬和烴源巖評(píng)價(jià)等方面提供了大量有機(jī)質(zhì)成熟度參數(shù)。

FAMM技術(shù)拋開(kāi)了烴源巖中對(duì)鏡質(zhì)體的依賴，測(cè)定樣品中各種顯微組分的熒光強(qiáng)度I400(使用激光照射400 s后的熒光強(qiáng)度)，并得出R(I400/I0),I0為顆粒初始熒光強(qiáng)度。將測(cè)出的值落在標(biāo)準(zhǔn)圖版上（圖10）并擬合成曲線。標(biāo)準(zhǔn)圖版是Wilkins博士經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)建立起來(lái)的。如果擬合曲線的頂點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)圖版中的J曲線（實(shí)線）相交，則鏡質(zhì)體反射率沒(méi)有受到抑制。如果擬合曲線的頂點(diǎn)在J曲線（實(shí)線）右側(cè)，表明鏡質(zhì)體反射率富氫受到了抑制。反之，如果擬合曲線頂點(diǎn)與J曲線（實(shí)線）左側(cè)，說(shuō)明鏡質(zhì)體反射率異常增大。受抑制或增大的值為標(biāo)準(zhǔn)圖版中與擬合曲線頂點(diǎn)相交的曲線（虛線）上標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值（如圖10）。

5 鏡質(zhì)體反射率法的分析應(yīng)用

5.1 以鏡質(zhì)體反射率法為基礎(chǔ)分析烴源巖生烴模式

干酪跟的熱解過(guò)程與鏡質(zhì)體的演化過(guò)程相符合，所以鏡質(zhì)體反射率和成巖作用關(guān)系密切，熱變質(zhì)作用越深，鏡質(zhì)體反射率越大。在生物化學(xué)生氣階段，鏡質(zhì)體反射率的值較低，隨著埋藏深度逐漸變大。熱催化生油氣階段和熱裂解生濕氣階段，反射率增加較快，至深部高溫生氣階段，鏡質(zhì)體反射率繼續(xù)增加。所以利用鏡質(zhì)體反射率，可以預(yù)測(cè)油氣的分布（表1）。

不同類(lèi)型的干酪根化學(xué)結(jié)構(gòu)也有差異，致其成熟時(shí)間有所不同，因而在使用鏡質(zhì)體反射率判斷有機(jī)質(zhì)的成熟度時(shí)，對(duì)不同類(lèi)型的干酪根應(yīng)有所區(qū)別（圖11）。

5.2 鏡質(zhì)體反射測(cè)量的應(yīng)用

鏡質(zhì)體反射率測(cè)量可按深度函數(shù)繪圖而給出Ro剖面。Ro曲線的斜率代表盆地的古地溫梯度，指示有機(jī)質(zhì)隨時(shí)間的一種指數(shù)演化[16,17]。

Robert(1988)將沉積盆地Ro剖面劃分了四種主要類(lèi)型(圖12):①正態(tài)亞線性，表明了地溫梯度隨時(shí)間呈連續(xù)而近于恒定的變化；②不同地溫梯度的兩個(gè)時(shí)期；③突變型，強(qiáng)烈的熱擾動(dòng)后轉(zhuǎn)為正常；④中等，居于②，③型之間。

斜率不同的兩個(gè)線段表明存在兩期不同的地溫梯度。這可能是在斜率間斷點(diǎn)的相應(yīng)時(shí)間發(fā)生熱“事件”的結(jié)果。在沉積盆地內(nèi)，往往存在地層不整合面。R0剖面如果包含由Ro值的突然中斷或跳動(dòng)引起的兩個(gè)線段錯(cuò)動(dòng)，該跳動(dòng)值可能對(duì)應(yīng)著有較大地層間斷的不整合。

5.3 使用鏡質(zhì)體反射率法進(jìn)行熱模擬的分析方法

5.3.1 Lerche擬合計(jì)算法

1984年 Lerche等從盆地地溫資料及現(xiàn)今熱流入手，反推古熱流史和古地溫史。

設(shè)有n個(gè)不同深度的實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率Romi，對(duì)應(yīng)的埋藏深度為Hi，地質(zhì)年齡為ti，其中i＝1，2，…，n。為了計(jì)算鏡質(zhì)體反射率值，Lerche首先根據(jù)化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理建立了時(shí)間—溫度積分TTI。

式中Tc為臨界溫度(295 K)；TD為標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)TD＝200 K；t為鏡質(zhì)體沉積后所經(jīng)歷的時(shí)間，Ma；T(H,t)為鏡質(zhì)體在地史過(guò)程中所經(jīng)歷的溫度史；TTI(t)為鏡質(zhì)體沉積后經(jīng)t時(shí)間達(dá)到的時(shí)間一溫度積分值。

對(duì)應(yīng)于每一個(gè)實(shí)測(cè)的鏡質(zhì)體反射率值都可以計(jì)算出一個(gè)時(shí)間一溫度積分值。其方法是首先恢復(fù)出該鏡質(zhì)體樣品所在地層的埋藏史和地溫史，然后沿著埋藏史曲線的軌跡按上式計(jì)算出了TTI值。TTI值與理論鏡質(zhì)體反射率值的關(guān)系則通過(guò)實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率值聯(lián)系起來(lái)。即:

式中Roi為地表或原始鏡質(zhì)體反射率值，一般取Roi為0.2%。

5.3.2 化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型Easy%Ro模型

Easy%Ro模型是Burnham和Sweeney于1989年提出的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型，其反應(yīng)活化能采用頻帶分布，即將Ro的成熟過(guò)程視作為若干個(gè)平行反應(yīng)，并通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立了Ro與降解率之間的關(guān)系（VITRIMAT模型）。1990年進(jìn)行了簡(jiǎn)化改進(jìn)，稱Easy%Ro模型。

使用Easy%Ro模型模擬熱史的步驟為：（1）選擇有Ro資料的井，經(jīng)過(guò)壓實(shí)校正、剝蝕厚度等計(jì)算重建地層埋藏史[18,19]。（2）假定盆地?zé)崾罚Y(jié)合埋藏史得到的各地層底界的深度得到古地溫。（3）利用Easy%Ro模型計(jì)算各地層的Ro值，最終得出各地層底界的Ro現(xiàn)今值。（4）與實(shí)測(cè)Ro值對(duì)比，視擬合效果重復(fù)上述過(guò)程，直到滿意為止。

Easy%Ro=exp(3.7Fk-1.6) 其中F為第k個(gè)埋藏點(diǎn)化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)程度

式中:fi第i種反應(yīng)的權(quán)系數(shù)，i=1，2，...，20；tk某地層底界的第k個(gè)埋藏點(diǎn)的埋藏時(shí)間，Ma；Tk某地層底界的第k個(gè)埋藏點(diǎn)的古地溫，℃。

式中:A為頻率因子，其值為1×1013 s-1；Ei為活化能，kcal/mol；R為氣體常數(shù)，1.986 cal/（mol·K）；a1，a2，b1，b2為常數(shù)。

5.4 鏡質(zhì)體反射率法恢復(fù)地層剝蝕厚度的分析方法

1977年，Dow提出使用鏡質(zhì)體反射率估算剝蝕量的方法。具體方法如圖13所示。

圖中成熟度剖面顯示地層剝蝕前的Ro記錄還沒(méi)有被新的地溫場(chǎng)改造，間斷面之上地層中最底部N點(diǎn)的Ro%值為0.62，間斷面之下地層最頂部M點(diǎn)的Ro%值為0.94，其差值0.32被視為地層剝蝕造成的Ro值不連續(xù)，使用剝蝕面上下相鄰地層Ro值不連續(xù)推算剝蝕量。1989年，何生、王青玲上述方法改進(jìn)，依據(jù)間斷面之下地層中保留下來(lái)的剝蝕前的成熟度剖面趨勢(shì)線，將其上延至古地表附近的R最小值即0.20%處，則該點(diǎn)在成熟度剖面中所代表的深度值為剝蝕前古地表相對(duì)于現(xiàn)今地表的深度，其與間斷面所在深度的差值即為地層剝蝕厚度。

5.5 鏡質(zhì)體反射率法在其他方面的分析應(yīng)用

1997年，付廣等建立了泥巖排替壓力與鏡質(zhì)體反射率之間的函數(shù)關(guān)系。Pd=ARo+B利用鏡質(zhì)體反射率資料求取泥巖排替壓力, 不僅可以把蓋層評(píng)價(jià)從剖面擴(kuò)展到平面, 而且還可以消除利用孔隙度、埋深求取排替壓力時(shí)地層缺失造成的影響,是一種較為有效的蓋層封閉能力研究方法。

6 鏡質(zhì)體反射率法的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展方向

6.1 鏡質(zhì)體反射率法的優(yōu)缺點(diǎn)

鏡質(zhì)體反射率作為應(yīng)用最廣泛的有機(jī)質(zhì)熱演化指標(biāo)，鏡質(zhì)體反射率具有其他參數(shù)無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在:

①鏡質(zhì)體反射率是一種非常重要的反應(yīng)有機(jī)質(zhì)成熟度的指標(biāo)，并且是目前非常穩(wěn)定的，可進(jìn)行大量的橫向?qū)Ρ取?/p>

②對(duì)鏡質(zhì)體反射率多種動(dòng)力學(xué)模型的深入研究，現(xiàn)在已經(jīng)有條件將這些模型與其他古溫標(biāo)模型進(jìn)行大規(guī)模的計(jì)算模擬。

③鏡質(zhì)體反射率本身具有不可逆性，且其成熟度可量化，所以在盆地?zé)崾贩治龊湍M中具有重要作用。

同時(shí)，使用鏡質(zhì)體反射率也存在許多問(wèn)題，了解這些問(wèn)題，可以讓我們及時(shí)校正不準(zhǔn)確的值，更好地利用它。

它的主要問(wèn)題體現(xiàn)在:

①鏡質(zhì)體反射率被抑制或異常增大[1,20,21]導(dǎo)致Ro值異常。鏡質(zhì)體受自身富氫等原因，或受環(huán)境如高壓或圍巖等因素的影響，甚至含有有機(jī)質(zhì)的母質(zhì)不同[22]，都可能導(dǎo)致對(duì)Ro測(cè)值的準(zhǔn)確性。

②樣品采集與處理這個(gè)環(huán)節(jié)主要受人為因素的影響。可能的因素包括:樣品采集不準(zhǔn)確；對(duì)于巖屑樣品，可能受到鉆井施工過(guò)程的人為污染；制片過(guò)程中，由于濕度過(guò)高或膠結(jié)物與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，均可影響到反射率數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[22]。

6.2 鏡質(zhì)體反射率法發(fā)展方向

鏡質(zhì)體反射率的發(fā)展與其他地學(xué)類(lèi)方法相類(lèi)似，朝微觀化和系統(tǒng)化兩方向發(fā)展。

當(dāng)Ro值分布的直方圖呈雙峰或多峰分布時(shí)，如果Ro值代表煤的變質(zhì)程度，是評(píng)價(jià)煤種類(lèi)為純煤或混煤較好的指標(biāo)，并已有較成熟的應(yīng)用。在指示沉積巖中有機(jī)質(zhì)的成熟程度方面，它代表鏡質(zhì)體不同的類(lèi)型及來(lái)源[23]，可以使用目前新興的電子探針技術(shù)等加以佐證，分析苯環(huán)的疊加方式，試恢復(fù)鏡質(zhì)體來(lái)源。還可根據(jù)不同類(lèi)型鏡質(zhì)體在相同時(shí)間，相同溫度下達(dá)到的成熟度不同推斷有機(jī)質(zhì)的受熱時(shí)間。

由于鏡質(zhì)體反射率的不可逆性以及穩(wěn)定記錄盆地最高古地溫的優(yōu)勢(shì)，被做為重要的定量地溫計(jì)在研究沉積盆地?zé)崾贩囱莸确矫婢哂胁豢商娲淖饔?。但也存在一些不足，比如在重建盆地?zé)崾窌r(shí)不能反映樣品所承受的最新的、最大熱事件的溫度，也無(wú)法反映達(dá)到最高溫度后的具體泠卻過(guò)程。鏡質(zhì)體反射率需要與磷灰石裂變徑跡、流體包裹體等結(jié)合起來(lái)研究盆地?zé)嵫莼?，目前已有學(xué)者在這個(gè)領(lǐng)域取得了成績(jī)。鏡質(zhì)體反射率結(jié)合古溫標(biāo)將發(fā)展的越來(lái)越系統(tǒng)化，爭(zhēng)取更大的應(yīng)用空間。

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Research Status of Vitrinite Rreflectivity

KONG Wei-si1，F(xiàn)ANG Shi1，YUAN Wei3，WANG Kai1，NIE Jing-qi2，HOU Ji-sheng2
（1. College of Earth Science, Jilin University, Jilin Changchun 130021，China；2. The Second Geological Survey in Jilin Province, Jilin Jilin 132013，China 3. Sinopec jiangsu oilfield geophysical exploration research institute, Jiangsu Nanjing 210046，China）

Vitrinite reflectivity varies directly as the heat it receives, which is irreversible and stable. The vitrinite reflectivity was firstly used in anthracology field and later was regarded as important digital staff to analysis models of source rock. In this paper, the fundamental principle, experimental processes and data correction of the above method were described as well as its application in studying the thermal history of a basin. The method applied in thernal field began by simple engraving method and now develops into using complex computational simulation. Lerche calculation method and easy Ronumerical simulation are considered as classical model because they recover more exactly either in the thermal history of a basin or in the respect of the highest temperature that the basin has experienced. Besides, we can recover the eroded thickness by using discrete Rovalues in stratum. By the same way, we can also analyze basin's types and displacement pressure. At present, the vitrinite reflectivity develops into the directions of micro and systematicness.At first, we learn the difference and different sources of aromatic benzene by bimodal or unimodal histogram, explaining its heating process by quantitative interpretation.Secondly, we use the advantage of irreversibility and stability of recording basin thermal events. Cooperated with other geologic thermometers，they restrict each other in order to reveal its heating process.

vitrinite reflectivity；principles；experimental method；thermal history；dedudation quantity

TE 122

: A

: 1671-0460（2015）05-1020-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41472173);國(guó)家重大油氣專項(xiàng)(ZP-Y-01); 準(zhǔn)噶爾盆地外圍西部油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查;國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專 項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201311111); 吉林大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(201004001);吉林大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)平臺(tái)基地建設(shè)項(xiàng)目。

2014-12-09

孔偉思（1982-），男，吉林吉林人，助理工程師，碩士研究生，2015年畢業(yè)于吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)；研究方向：油氣綜合評(píng)價(jià)。E-mail：746821305@qq.com。

方石（1974-），男，副教授，博士后, 研究方向：油氣勘探、沉積學(xué)、構(gòu)造熱年代學(xué)。E-mail：fs812625@vip.sina.com。