基于有機元素的干酪根類型指數(shù)計算

申家年，楊久瑩，周 放，張 健，楊貫楠，仇亞平，孫 艷

（1．東北石油大學地球科學學院，黑龍江大慶 163318； 2．中國石油天然氣股份有限公司西南管道分公司，四川成都 610041； 3．大慶油田有限責任公司第二采油廠，黑龍江大慶 163414； 4．長城鉆探工程有限公司測井公司，遼寧盤錦 124010）

基于有機元素的干酪根類型指數(shù)計算

申家年1，楊久瑩1，周 放2，張 健1，楊貫楠3，仇亞平4，孫 艷1

（1．東北石油大學地球科學學院，黑龍江大慶 163318； 2．中國石油天然氣股份有限公司西南管道分公司，四川成都 610041； 3．大慶油田有限責任公司第二采油廠，黑龍江大慶 163414； 4．長城鉆探工程有限公司測井公司，遼寧盤錦 124010）

干酪根有機元素的范氏圖法是被廣泛采用的劃分干酪根類型的方法，在實踐中發(fā)現(xiàn)范氏圖與干酪根類型指數(shù)TI法劃分的結(jié)果有較大出入．利用海拉爾盆地烏爾遜凹陷143個樣品實測的干酪根類型指數(shù)TI和有機元素數(shù)據(jù)，進行非線性回歸，提出一種較為簡潔的利用有機元素H／C、O／C直接計算TI的公式，將計算結(jié)果稱作ETI；利用松遼盆地北部和海拉爾盆地貝爾凹陷51個樣品對ETI進行驗證．結(jié)果表明，ETI確定干酪根類型與TI法的一致性明顯優(yōu)于范氏圖法與TI法的一致性．ETI的提出為利用干酪根有機元素測試結(jié)果評估干酪根類型提供新的研究思路和方法．

干酪根；類型劃分；范氏圖；TI指數(shù)；有機元素

0 引言

干酪根類型劃分有三分法、四分法和五分法．三分法是由蒂索B P等（1978年）［1］提出的，他把干酪根劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型．Ⅰ型又稱腐泥型，Ⅱ型又稱腐泥腐殖型，Ⅲ型又稱腐殖型．四分法和五分法是在三分法的基礎(chǔ)上由楊萬里［2］、黃第藩等［3］提出的．

確定干酪根類型的常用方法有干酪根顯微組分分析、有機元素分析及有機碳和熱解色譜分析．對應(yīng)的參數(shù)或圖件分別為TI指數(shù)、范式圖（H／C、O／C）和HI、OI關(guān)系圖．

現(xiàn)行的根據(jù)TI指數(shù)的干酪根四分法是曹慶英提出的［4］，采用我國煤巖顯微組分的分類作為干酪根組分分類的依據(jù)，給出TI計算公式及四分法劃分干酪根類型的TI區(qū)間，成為干酪根顯微組分四分法現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范［5］的基礎(chǔ)．干酪根類型是由干酪根的物質(zhì)成分決定的，因此采用顯微組分法確定干酪根類型是最直接或最接近干酪根的物質(zhì)構(gòu)成的．顯微組分的鑒定和描述主要適用于鏡質(zhì)體反射率Ro＜1．4的烴源巖．目前，顯微組分法存在主要問題是無定形體可能是不同成因的，而且生烴能力有較大差異，影響干酪根類型的準確劃分［6］；另外，干酪根在制備過程中破壞有機質(zhì)的原始結(jié)構(gòu)和產(chǎn)狀，給有機質(zhì)成因的確定帶來困難，但其直接觀察干酪根中主要生油物質(zhì)已被廣泛采用，成為確定干酪根類型的最基本依據(jù)［1，7—10］．盡管全巖分析具有獨特的優(yōu)點，但也有明顯的不足，如對有機碳含量低的樣品分析結(jié)果出入較大［9，11—13］，無論從歷史資料的積累，還是目前的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，短期內(nèi)無法取代干酪根顯微組分法．

有機元素法（范式圖）確定干酪根的類型，是蒂索B P等［1］利用類型和成熟度不同的干酪根在范式圖上有不同分布位置提出的．干酪根的有機元素主要由C、H、O元素組成，同時干酪根的不同物質(zhì)成分具有不同的C、H、O比例．范氏圖的優(yōu)點是可直觀地顯示干酪根的類型，同時又能定性反映干酪根的熱演化程度，使該圖成為確定干酪根類型的重要圖件；缺點是當樣品數(shù)量多時不夠方便，得到的是具有統(tǒng)計意義的干酪根類型劃分結(jié)果，可看成是半定量的確定干酪根類型方法．干酪根中的有機元素除C、H、O外還有N 和S，有時N和S占有機元素的比例可能較高，對干酪根的類型有影響；另外，有機元素分析的誤差也有不確定性．因此，僅根據(jù)O／H、O／C原子比很可能誤判干酪根類型．

由于干酪根顯微組分鑒定的成本、耗時、所用干酪根量都高于干酪根有機元素分析，因此有機元素法比顯微組分法被更多地應(yīng)用于確定干酪根類型．

考慮到范式圖的半定量和一些特殊場合的需要，盧雙舫等［14—15］提出利用有機元素計算KTI確定干酪根類型，將有機元素劃分干酪根類型數(shù)值化，可以提供類似于TI的干酪根類型指數(shù)．在某種意義上說，筆者提出的ETI計算公式可以看成是這一思想的延續(xù)或改進．

1 TI法與范式圖法確定干酪根類型

1．1 資料來源

143個樣品來自海拉爾盆地烏爾遜凹陷白堊系南屯組和大磨拐河組．樣品范圍在1 200～2 700m，鏡質(zhì)體反射率Ro在0．4%～1．3%之間．根據(jù)SY／T 5735—1995四分法和五分法的TI劃分方案（見表1、表2），143個樣品的干酪根分布見圖1、圖2．由圖1、圖2可以看出，不同類型的樣品數(shù)不夠均衡，將對后面回歸分析結(jié)果產(chǎn)生影響．

表1 四分法TI界限Table 1 TI limit by quartering

表2 五分法TI界限Table 2 TI limit by quinquepartite method

圖1 143個樣品的五分法TI劃分結(jié)果Fig．1 143samples＇results by quinquepartite method（TI）

圖2 143個樣品的四分法TI劃分結(jié)果Fig．2 143samples＇results by quartering（TI）

1．2 元素法與TI法劃分結(jié)果

根據(jù)TI四分法將干酪根劃分為Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ類（見圖3），然后投到四分法的范氏圖上，由圖3可以看出，2種劃分方法結(jié)果不一致．仿照圖3，依據(jù)TI將干酪根五分后投到五分法范式圖上（見圖4）．由圖3顯示，TI法確定為Ⅰ的樣品投在范式圖上Ⅱ1型區(qū)；Ⅱ1的樣品投在范式圖上也有投在Ⅰ、Ⅱ2的情況．類似的情況在五分法（見圖4）中也有．將TI法與范式圖法確定的有機質(zhì)類型的不一致性稱作偏差．偏差表示范氏圖法劃分結(jié)果偏離TI法劃分結(jié)果的程度，假定TI法認為干酪根屬Ⅱ1型，若范氏圖法認為屬Ⅰ型，則偏差為+1；若范氏圖法認為是Ⅱ2型，則偏差為—1；若范氏圖認為也是Ⅱ1型，則偏差為0；偏差為+時為高估，偏差為—時為低估，偏差為0時為完全吻合．

根據(jù)圖3和圖4統(tǒng)計的偏差見表3、表4．由表3看出，四分法范氏圖和TI法吻合率為樣品總數(shù)的31．47%，類型高估的為59．44%，低估的為9．09%．由表4看出，五分法范氏圖與TI法吻合率為樣品總數(shù)的33．57%，類型高估的為17．48%，低估的為48．95%．可見，范氏圖法與TI法完全吻合的比例約為樣品總數(shù)的1／3．與TI法相比，四分法范式圖明顯對干酪根類型產(chǎn)生高估，五分法范式圖對干酪根類型產(chǎn)生低估．對文中的143個樣品，相對于TI法，無論四分法范氏圖還是五分法范氏圖都存在系統(tǒng)偏差．

圖3 四分法TI劃分的干酪根類型與范式圖法劃分的干酪根類型Fig．3 Kerogen types by quartering（TI）reflected on Van Krevelen diagram display the differences

圖4 五分法TI劃分的干酪根類型與范式圖法劃分的干酪根類型Fig．4 Kerogen types by quinquepartite method（TI）reflected on Van Krevelen diagram display the differences

表3 四分法范式圖與干酪根類型指數(shù)（TI）法劃分結(jié)果Table 3 Comparison of classification results between quartering reflected on Van plot and kerogen type index（TI）

表4 五分法范式圖與干酪根類型指數(shù)（TI）法分類結(jié)果Table 4 Comparison of classification results between quinquepartite method reflected on Van plot and kerogen type index （TI）

2 KTI法與TI法確定干酪根類型

根據(jù)KTI法的計算公式和五分法類型劃分方案［16］，統(tǒng)計的五分法KTI分類結(jié)果與TI法分類結(jié)果見表5．五分法與TI法的分類結(jié)果符合率為32．17%，高估的比例為18．18%，低估的比例為49．65%．與表4給出五分法范氏圖結(jié)果基本一致，表明KTI法也存在明顯的低估現(xiàn)象．

表5 五分法KTI分類結(jié)果與干酪根類型指數(shù)（TI）法分類結(jié)果Table 5 Comparison of classification results between quinquepartite method（KTI）and kerogen type index（TI）

3 利用有機元素計算TI（ETI）

利用干酪根有機元素分析數(shù)據(jù)直接計算的TI稱為ETI，有別于干酪根顯微組分計算的TI．

3．1 方程的基本形式及擬合結(jié)果

ETI方程為

式中：a、b、f、g、m、n為參數(shù)，6個參數(shù)具有很強的相關(guān)性，m與n呈負相關(guān)；a與f、g也高度相關(guān)．經(jīng)試算得到三參數(shù)方程：

該方程中的3個參數(shù)m、a、b之間獨立，可作為用有機元素估算TI的基本方程形式，用文中數(shù)據(jù)擬合的結(jié)果為m＝3 047．612，a＝1．044，b＝2．675，相關(guān)因數(shù)R2＝0．542．

3．2 ETI分類結(jié)果

用ETI對干酪根類型的判識界線完全按照TI的界線．ETI對干酪根類型的劃分結(jié)果與TI法的劃分結(jié)果見表6、表7．由表6看出，四分法ETI與TI的吻合（偏差為0）率達到59．44%，ETI高估的比例為18．88%，低估的比例為21．68%，高估和低估的比例較接近．由表7看出，五分法ETI與TI的吻合率達到46．15%．由表6、表7與表3、表4的比較說明，ETI對干酪根類型的劃分結(jié)果比范式圖法更接近于TI的劃分結(jié)果．

表6 四分法ETI分類結(jié)果與干酪根類型指數(shù)（TI）法分類結(jié)果Table 6 Comparison of classification results between quartering（ETI）and kerogen type index（TI）

3．3 ETI估計偏差與熱演化關(guān)系

將ETI劃分類型的偏差隨深度變化結(jié)果（見圖5）顯示，用ETI劃分干酪根類型產(chǎn)生的偏差與深度關(guān)系不大，說明在文中使用的樣品成熟度范圍內(nèi)，用ETI劃分干酪根類型不受熱演化程度影響．

表7 五分法ETI分類結(jié)果與干酪根類型指數(shù)（TI）法分類結(jié)果Table 7 Comparison of classification results between quinquepartite method（ETI）and kerogen type index（TI）

4 驗證

松遼盆地北部45個樣品，海拉爾盆地貝爾凹陷6個樣品；樣品深度范圍為228～3 100m；TI劃分的類型Ⅰ型10個，Ⅱ1型12個，Ⅱ2型17個，Ⅲ型12個（見表8）．所有樣品投在范式圖上的結(jié)果見圖6．

圖5 ETI確定的干酪根類型與TI確定的干酪根類型之間的偏差隨深度變化關(guān)系Fig．5 The deviation of kerogen types determined by ETI and TI changed with depth

圖6 TI劃分的4種干酪根類型投在范式圖上的結(jié)果Fig．6 The condition of 4kerogen types reflected on Van plot，samples from Songliao basin and Beier de—pression of Hailar

由圖6看出，范式圖法與TI法之間的吻合程度不好．用式（2）計算的ETI按四分法劃分的結(jié)果與TI法劃分結(jié)果（見表9）對比顯示，偏差為0的占64．71%，高估的占11．76%，低估的占23．53%．高估和低估的結(jié)果不對稱的主要原因是顯微組分劃為Ⅲ型的全部樣品沒有出現(xiàn)高估的現(xiàn)象，導(dǎo)致高估的比例明顯低于低估的比例．ETI分類相對于TI分類的偏差隨深度變化關(guān)系見圖7．由圖7可知，ETI計算與TI法的偏離與深度有關(guān)，對于深度大的樣品有低估的趨勢．用于驗證的樣品TI法干酪根類型與深度關(guān)系見圖8．由圖8可知，TI法Ⅲ型樣品集中在3 000m左右，用ETI法確定干酪根類型沒有產(chǎn)生高估．因而，在圖7出現(xiàn)隨埋深增大ETI法計算干酪根類型有低估趨勢．

文中的數(shù)據(jù)來源于海拉爾盆地和松遼盆地，得到的結(jié)論可能有局限性，建議用實際資料根據(jù)式（1）或式（2）回歸，這樣更符合不同研究區(qū)的實際．總體上，用ETI劃分干酪根類型優(yōu)于范氏圖法．

表8 51個樣品有機元素組成及TI和ETI法分類結(jié)果Table 8 Comparison of tested 51samples＇organic element，TI and ETI

圖7 51個樣品TI法與ETI法干酪根類型偏差與深度關(guān)系Fig．7 The deviation and depth＇s relationship of samples＇kerogen types by TI and ETI

圖8 51個樣品TI法干酪根類型與深度關(guān)系Fig．8 The relationship between samples＇kerogen types（TI）and depth

表9 51個樣品的ETI和TI法分類結(jié)果（四分法）Table 9 Comparison of 51samples’classification results byTI and ETI

5 結(jié)束語

提出一種用干酪根有機元素H／C、O／C直接計算干酪根類型指數(shù)的計算公式，為與TI區(qū)別，稱為ETI．用ETI確定干酪根類型比用范氏圖確定干酪根類型更接近于TI確定的結(jié)果，同時具有數(shù)值化的優(yōu)點．雖然ETI所用的數(shù)據(jù)是有機元素，但是擬合的目標是干酪根類型指數(shù)，而不是范式圖，因此ETI可以作為干酪根類型指數(shù)的補充．ETI的計算形式簡單，劃分干酪根類型的界線完全與TI相同．

因數(shù)據(jù)來源限制，文中的計算公式尚需實踐檢驗．

［1］ 蒂索B P，威爾特D H．石油形成和分布—油氣勘探新途徑［M］．郝石生，譯．北京：石油工業(yè)出版社，1982：87—102．Tissot B P，Welte D H．Petroleum formation and distribution—A new oil and gas exploration way［M］．Translated by Hao Shisheng．Beijing：Petroleum Industry Press，1982：87—102．

［2］ 楊萬里，李永康，高瑞祺，等．松遼盆地陸相生油生油母質(zhì)的類型與演化模式［J］．中國科學，1981（8）：1000—1009．Yang Wangli，Li Yongkang，Gao Ruiqi，et al．Continental oil generation generative kerogen types and evolution models in the Songliao basin［J］．Science China，1981（8）：1000—1009．

［3］ 黃第藩，李晉超，張大江．干酪根類型劃分及其分類參數(shù)的有效性和相關(guān)性［J］．沉積學報，1984，2（3）：18—35．Huang Difan，Li Jinchao，Zhang Dajiang．Kerogen types and study on effectiveness limitation and interrelation of their identification parameters［J］．Acta Sedimentological Sinica，1984，2（3）：18—35．

［4］ 曹慶英．透射光下干酪根顯微組分鑒定及類型劃分［J］．石油勘探與開發(fā)，1985，6（5）：14—24．Cao Qingying．Identification of microcomponents and types of kerogen under transmitted light［J］．Petroleum Exploration and Devel—opment，1985，6（5）：14—24．

［5］ SY／T 5735—1995，陸相烴源巖地球化學評價方法［S］．SY／T 5735—1995，The evaluation method of terrestrial source rocks geochemistry［S］．

［6］ 涂建淇，王淑燕，費軒冬．透射光—熒光干酪根有機顯微組分的劃分［J］．石油勘探與開發(fā)，1998，25（2）：27—32．Tu Jianqi，Wang Shuyan，F(xiàn)ei Xuandong．Classification of the macerals of kerogen in hydrocarbon source rocks by transmitted light—fluorescence［J］．Petroleum Exploration and Development，1998，25（2）：27—32．

［7］ 蒂索B P，威爾特D H．石油形成與分布［M］．2版．徐永元，譯．北京：石油工業(yè)出版社，1989：89—105．Tissot B P，Welte D H．Petroleum formation and occurrence［M］．2nd Ed．Translated by Xu Yongyuan．Beijing：Petroleum Industry Press，1989：89—105．

［8］ 涂建琪，王淑芝，費軒冬．干酪根有機質(zhì)類型劃分的若干問題的探討［J］．石油實驗地質(zhì)，1998，11（2）：187—192．Tu Jianqi，Wang Shuzhi，F(xiàn)ei Xuandong．Discussion on certain proble of organic matter types in kerogen［J］．Experimental Peroleum Geology，1998，11（2）：187—192．

［9］ 李賢慶，鐘寧寧，熊波，等．全巖分析與干酪根分析的對比研究［J］．西南石油學院學報，1996，18（1）：27—34．Li Xianqing，Zhong Ningning，Xiong Bo，et al．The comparative study between whole rock analysis and kerogen analysis［J］．Journal of Southwestern Petroleum Institute，1996，18（1）：27—34．

［10］ 程克明，王鐵冠，鐘寧寧，等．烴源巖地球化學［M］．北京：科學出版社，1995：17—35．Cheng Keming，Wang Tieguan，Zhong Ningning，et al．Source rocks geochemistry［M］．Beijing：Science Press，1995：17—35．

［11］ 李賢慶，馬安來，鐘寧寧，烴源巖有機巖石學研究方法與應(yīng)用［M］．重慶：重慶大學出版社，1997：85—95．Li Xianqing，Ma Anlai，Zhong Ningning．The research methodology and application of source rocks’organic petrology［M］．Chongqing：Chongqing University Press，1997：85—95．

［12］ 秦建中．中國烴源巖［M］．北京：科學出版社，2005：20—39．Qing Jianzhong．Source rocks in China［M］．Beijing：Science Press，2005：20—39．

［13］ 馬貢L B，道W G．含油氣系統(tǒng)—從烴源巖到圈閉［M］．張剛，譯．北京：石油工業(yè)出版社，1998：107—141．Magoon L B，Dow W G．The petroleum system—From source rocks to trap［M］．Translated by Zhang Gang．Beijing：Petroleum In—dustry Press，1998：107—141．

［14］ 盧雙舫，龐雄奇，李泰明，等．干酪根類型數(shù)值化的探討［J］．天然氣工業(yè)，1985，6（3）：17—24．Lu Shuangfang，Pang Xiongqi，Li Taiming，et al．A Discussion on the digitalization of kerogen types［J］．Natural Gas Industry，1985，6（3）：17—24．

［15］ 盧雙舫，劉曉艷，王子文．干酪根類型數(shù)值化的再探討［J］．大慶石油學院學報，1993，17（S1）：29—33．Lu Shuangfang，Liu Xiaoyan，Wang Ziwen．Review on the digitalization of kerogen types［J］．Journal of Daqing Petroleum Institute，1993，17（S1）：29—33．

［16］ 盧雙舫，張敏．油氣地球化學［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2008：209—210．Lu Shuangfang，Zhang Min．Oil and gas geochemistry［M］．Beijing：Petroleum Industry Press，2008：209—210．

TE132

A

2095—4107（2013）05—0024—08

DOI 10．3969／j．issn．2095—4107．2013．05．004

2012—03—19；編輯：陸雅玲

申家年（1962—），男，博士，教授，主要從事油氣地球化學方面的研究．