基于岩石复电阻率的测试对生物石英的判定方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911304768.7 (22)申请日 2019.12.17 (71)申请人 成都理工大学 地址 610059 四川省成都市成华区二仙桥 东三路1号 (72)发明人 张兵杨凯罗媛肖威 (74)专利代理机构 成都方圆聿联专利代理事务 所(普通合伙) 51241 代理人 苟铭 (51)Int.Cl. G01N 27/04(2006.01) G01R 27/02(2006.01) G01N 23/20(2018.01) G01N 1/08(2006.01) (54)发明名称 基于。

2、岩石复电阻率的测试对生物石英的判 定方法 (57)摘要 本发明提供基于岩石复电阻率的测试对生 物石英的判定方法， 第一步： 样品测试， 对页岩样 品进行矿物测量、 黄铁矿的含量、 TOC含量、 主量 元素， 测试页岩的复电阻率； 第二步： 分析页岩产 生电阻率变化现象的原因， 通过对测试数据进行 处理， 得到不同石英含量的样品电阻率频谱图； 通过观察不同石英含量的样品在不同频率的电 阻率及相位的曲线变化， 分析造成页岩产生激发 极化现象的原因， 找出影响页岩电阻率变化的原 因； 第三步： 对实验数据拟合， 求取电阻率值； 第 四步： 建立确定石英与电阻率、 石英与孔隙度的 线性关系； 第五步：。

3、 利用电阻率确定石英类型； 第 六步： 结果验证。 本发明技术上可行性较强， 可有 效较少时间成本及技术成本的投入。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 110988044 A 2020.04.10 CN 110988044 A 1.基于岩石复电阻率的测试对生物石英的判定方法， 包括以下步骤： 第一步： 样品测试； 通过X衍射对页岩样品进行矿物测量， 测试黄铁矿的含量； 测试页岩中TOC含量， 测试样 品的主量元素； 同时将页岩样品利用立式取芯机钻样， 制成直径约2.5cm， 高4cm的柱塞样； 然后将样品顶底面进行打磨， 使其平整， 测试页岩的复电阻率； 第二步： 分析页岩产生电阻率。

4、变化现象的原因； 通过对测试数据进行处理， 得到不同石英含量的样品电阻率频谱图； 通过观察不同石英含量的样品在不同频率的电阻率及相位的曲线变化， 分析造成页岩 产生激发极化现象的原因， 找出影响页岩电阻率变化的原因； 第三步： 对实验数据拟合， 求取电阻率值； 第四步： 建立确定石英与电阻率、 石英与孔隙度的线性关系； 用TOC先划分沉积环境； 通过绘制不同沉积环境下石英含量与页岩电阻率的交会图， 确定石英与电阻率的线性 关系； 通过绘制不同沉积环境下石英含量与页岩孔隙度的交会图， 明确造成孔隙度差异的原 因； 第五步： 利用电阻率确定石英类型； 通过不同沉积环境下石英含量与页岩电阻率的交会图。

5、， 确定深浅水环境下的页岩的电 阻率界限， 然后以此为依据， 进行石英的判定； 第六步： 结果验证； 过量硅含量计算公式为： SiexcessSisample-(Si/Al)backgroundAlsample， 其中(Si/ Al)background采用平均页岩比值3.11； 通过对页岩样品中过量硅的计算来验证用电阻率判定 石英类型的可靠性。 2.根据权利要求1所述的基于岩石复电阻率的测试对生物石英的判定方法， 其特征在 于， 第一步： 样品测试中， 测试页岩的复电阻率， 测试条件为室温和常压； 岩心样品首先用淡 水浸泡24小时， 测量频率为10-2Hz至104Hz， 每个频段内记录10个。

6、点共61个点； 电极采用Cu- CuSO4电极， 电极之间的连接方式采用对称四极连接法； 测量时保持样品的两端一直浸于饱 和液中。 3.根据权利要求1所述的基于岩石复电阻率的测试对生物石英的判定方法， 其特征在 于， 第三步中， 选取双Cole-Cole模型对实验数据拟合， 公式如下： 其中()为频率为时的电阻率； 0为直流电阻率， 即频率为0时的电阻率； m是极化率， 取值为0-1范围， m1为激发极化效果， 主要是频率在10-2102Hz范围电化学产生的激电响 应， m2是电磁感应的结果， 主要产生频段为频率102Hz； 为极化率的时间常数， 大于0； c为频 率相关系数， 取值范围0-1。

7、。 4.根据权利要求1所述的基于岩石复电阻率的测试对生物石英的判定方法， 其特征在 于， 第四步中用TOC先划分沉积环境， 即： TOC2为深水沉积环境下的页岩， TOC102Hz； 为极化率的时间常数， 大于0； c 为频率相关系数， 取值范围0-1； 0023 第四步： 建立确定石英与电阻率、 石英与孔隙度的线性关系 0024 用TOC先划分沉积环境， 即： 0025 TOC2为深水沉积环境下的页岩， TOC2为浅水沉积环境下的页岩； 0026 通过绘制不同沉积环境下石英含量与页岩电阻率的交会图， 确定石英与电阻率的 线性关系； 0027 通过绘制不同沉积环境下石英含量与页岩孔隙度的交会图。

8、， 明确造成孔隙度差异 的原因。 0028 第五步： 利用电阻率确定石英类型 0029 通过不同沉积环境下石英含量与页岩电阻率的交会图， 确定深浅水环境下的页岩 的电阻率界限， 然后以此为依据， 进行石英的判定。 0030 第六步： 结果验证 0031 过量硅含量计算公式为： SiexcessSisample-(Si/Al)backgroundAlsample， 其中(Si/ Al)background采用平均页岩比值3.11； 通过对页岩样品中过量硅的计算来验证用电阻率判定 说明书 2/7 页 5 CN 110988044 A 5 石英类型的可靠性。 0032 复电阻率法(也叫频谱激电法)是。

9、一种地球物理勘探方法， 在油气勘探中已经获得 积极而广泛的应用， 龙马溪组页岩中富含石英等硅质矿物， 在上段与下段含有不同含量和 成因的石英， 受沉积条件和成岩过程的影响， 致使孔隙的类型和结构不一致， 生物成因的石 英可做为骨架支撑矿物， 能很好的保存基质粒间孔、 粒内孔和有机质孔， 一方面孔隙的存在 为流体导电提供了通道， 另一方面有机质孔中溶液一般表现为酸性， 在有机物表面阳离子 交换量会增加， 从而导致页岩的导电性增强， 表现为生物成因的石英与复电阻率有明确的 关系， 进而通过龙马溪组不同层段的复电阻率值来探讨石英的含量和成因， 因此我们发明 了基于复电阻率的测试方法对石英成因的判定。。

10、 0033 龙马溪组海相页岩富含不同成因的石英， 生物成因的石英在龙马溪组底部大量发 育， 并可作为骨架支撑矿物， 有利于有机质孔隙发育和保存， 在有机物表面阳离子交换量会 增加， 另外为流体导电提供了通道与空间， 导致页岩的导电性增强， 从而生物成因的石英与 复电阻率值存在一定的耦合关系， 因此本发明基于复电阻率方法对石英成因的判定是可行 的。 0034 本发明提供的基于岩石复电阻率的测试对生物石英的判定方法， 具有的有益效 果： 0035 首先， 本发明技术上可行性较强， 通过常规方法和复电阻率法测试页岩样品的石 英含量与页岩复电阻率， 技术可行。 0036 其次， 本发明可有效较少时间成。

11、本的投入， 缩短了因为实验问题而导致影响研究 进度， 可快速对龙马溪组页岩的石英成因进行判断。 0037 最后， 技术成本低， 本发明主要采用复电阻率测试方法， 相对于利用扫描电镜、 阴 极发光等手段来测试石英的形态特征与发光性， 成本大大降低， 有很好的经济效益。 附图说明 0038 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以 根据这些附图获得其他的附图。 0039 其中： 0040 图1为实。

12、施例页岩样品复电阻率测量示意图； 0041 图2a为实施例龙马溪组页岩不同石英含量电阻率、 频率图； 0042 图2b为实施例龙马溪组页岩不同石英含量相位、 频率图； 0043 图3为实施例石英与电阻率关系； 0044 图4为实施例石英与孔隙度关系； 0045 图5为实施例浅水环境下的陆源石英在成岩过程中对骨架的控制示意图； 0046 图6为实施例深水环境下的生物成因石英在成岩过程中对骨架的控制示意图； 0047 图7为实施例页岩复电阻率微观机理模式图。 说明书 3/7 页 6 CN 110988044 A 6 具体实施方式 0048 为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将。

13、结合本发明实施例 中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是 本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 通常在此处附图中描述和示出的本发明实施 例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。 因此， 以下对在附图中提供的本发明的实 施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围， 而是仅仅表示本发明的选定实施 例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的 所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 0049 应该指出， 以下详细说明都是例示性的， 旨在对本申请提供进一步的说明。 除非另 有指明， 本文使用的所有。

14、技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常 理解的相同含义。 0050 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、 器件、 组件和/或它们的组合。 应理解， 本发明的保护范 围不局限于下述特定的具体实施方案； 还应当理解， 本发明实施例中使用的术语是为了描 述特定的具体实施方案， 而不是为了限制本发明的保护范围。 0051。

15、 下列具体实施方式中如果未注明具体条件的实验方法， 通常按照本领域技术内的 常规方法和条件， 这种技术和条件在文献中有完整解释。 0052 基于岩石复电阻率的测试对生物石英的判定方法， 包括以下步骤： 0053 第一步： 样品测试。 0054 通过X衍射对页岩样品进行矿物测量， 测试黄铁矿的含量； 通过碳硫分析仪 CS230HC测试页岩中TOC含量， 取少量样品测试样品的主量元素； 0055 同时将页岩样品利用立式取芯机钻样， 制成直径约2.5cm， 高约4cm的柱塞样。 然后 将样品顶底面进行打磨， 使其平整， 以免影响测试精度。 本次实验采用英国Solartron- 1260A型阻抗分析仪。

16、测试页岩的复电阻率， 测试条件为室温和常压。 岩心样品首先用淡水浸 泡24小时， 测量频率为10-2Hz至104Hz， 每个频段内记录10个点共61个点。 0056 为了尽可能的降低电极产生的极化效应， 电极采用Cu-CuSO4电极， 电极之间的连 接方式采用对称四极连接法(2015)。 对AB进行供入一定的交流电， 然后通过MN进行 测量读取柱塞样阻抗值， 如图1所示。 测量时保持样品的两端一直浸于饱和液中， 以防止岩 心内部饱和液因蒸发而对实验结果产生影响。 0057 第二步： 分析页岩产生电阻率变化现象的原因 0058 通过对测试数据进行处理， 得到不同石英含量的样品电阻率频谱图。 通过。

17、观察不 同石英含量的样品在不同频率(高频与低频)的电阻率及相位的曲线变化如图2a、 图2b所 示， 分析造成页岩产生激发极化现象的原因， 找出影响页岩电阻率变化的原因。 0059 通过对川南Y井龙马溪组页岩测试， 绘制不同石英含量的样品电阻率频谱图， 可以 看出高石英含量的样品的电阻率整体偏低， 而低石英含量的电阻率整体偏高。 并且当频率 由低向高递增时， 高石英含量的样品， 在低频频谱发生明显的衰减而高频趋于平缓； 低石英 含量的样品， 在低频趋于平缓而高频发生较明显的衰减。 通过不同石英含量的样品的相位 说明书 4/7 页 7 CN 110988044 A 7 频谱图如图2b所示可以看出，。

18、 高石英含量的样品的相位变化明显， 在低频相位曲线发生明 显的上滑现象， 高频缓缓趋于0。 相反， 低石英含量样品， 在低频相位值趋于0， 高频下滑。 从 页岩激发极化机制中， 频率f100Hz页岩的极化机制属 于Maxwell-Wagener极化(Revil et al.， 2013)。 从结果看， 石英可能正是页岩样品电阻率 变化的原因之一。 0060 第三步： 对实验数据拟合， 求取电阻率值。 0061 选取双Cole-Cole模型对实验数据拟合， 公式如下： 0062 0063 其中()为频率为时的电阻率； 0为直流电阻率， 即频率为0时的电阻率； m是极 化率， 取值为0-1范围， 。

19、m1为激发极化效果， 主要是频率在10-2102Hz范围电化学产生的激 电响应， m2是电磁感应的结果， 主要产生频段为频率102Hz； 为极化率的时间常数， 大于0； c 为频率相关系数， 取值范围0-1。 0064 第四步： 建立确定石英与电阻率、 石英与孔隙度的线性关系 0065 用TOC先划分沉积环境， 即： TOC2为深水沉积环境下的页岩， TOC2为浅水沉 积环境下的页岩。 通过绘制不同沉积环境下石英含量与页岩电阻率的交会图， 确定石英与 电阻率的线性关系。 通过绘制不同沉积环境下石英含量与页岩孔隙度的交会图， 明确造成 孔隙度差异的原因。 0066 根据海相页岩不同沉积环境的石英。

20、含量与电阻率关系图如图3所示可知， 总体上 随着石英含量的增加， 页岩样品的电阻率逐渐降低。 石英主要通过对页岩孔隙的控制而影 响电阻率的变化。 从石英含量与孔隙度的关系图如图4所示发现， 石英与孔隙度呈正相关关 系， 深水环境比浅水环境下页岩的孔隙度大。 0067 第五步： 利用电阻率确定石英类型 0068 前人已经研究， 在深水环境下龙马溪组页岩石英主要以生物成因的石英为主， 浅 水主要以陆源碎屑石英为主， 因此通过不同沉积环境下石英含量与页岩电阻率的交会图， 确定深浅水环境下的页岩的电阻率界限， 然后以此为依据， 进行石英的判定。 0069 对川南页岩样品分析发现， 深水环境下的页岩电阻。

21、率 5.5， 显示出非常好的物性特征。 我们判定生物成因的石英， 电阻率70m。 0070 原理分析： 浅水环境下石英多为陆源碎屑石英， 大部分石英颗粒在中-晚成岩期会 次生加大。 且在粘土含量较高的情况， 石英没有起到骨架支撑的作用， 同时石英晶间孔隙被 粘土矿物充填， 以粘土矿物为支撑的页岩， 在后期压实、 成岩过程中页岩的孔隙空间大量减 少如图5所示， 使得离子交换量减小， 不利于流体导电。 而深水环境下， 岩石骨架支撑颗粒逐 渐由黏土矿物转变为石英颗粒支撑如图6所示， 生物成因的石英更能很好的保存原生孔隙 和有机质孔隙， 一方面孔隙的存在为流体导电提供了通道， 另一方面有机质孔中溶液一。

22、般 表现为酸性， 在有机物表面阳离子交换量会增加， 从而导致页岩的导电性增强。 0071 第六步： 结果验证 0072 过量硅含量也被广泛应用到富有机质泥页岩硅质的生物成因判别中， 其计算公式 为： SiexcessSisample-(Si/Al)backgroundAlsample， 其中(Si/Al)background采用平均页岩比值 说明书 5/7 页 8 CN 110988044 A 8 3.11。 因此我们通过对页岩样品中过量硅的计算来验证用电阻率判定石英类型的可靠性。 0073 通过对川南样品电阻率70m的样品计算过量硅， 我们发现其值均大于19如表 1所示， 明显具有生物成因的。

23、特征， 因此用电阻率判定结果可靠。 0074 第七步： 页岩微观复电阻率导电机理 0075 激发极化现象是岩石中电荷极为复杂的分化与转移过程宏观表现， 页岩的颗粒/ 溶液微观导电机理与电极/溶液界面导电理论类似， 颗粒与溶液两相中的剩余电荷所引起 的静电作用， 这是一种长程性质的相互作用力， 阴离子吸引溶液中的阳离子， 形成紧密双电 层， 简称紧密层如图7中a所示， 但是荷电粒子不是静止不动的， 而是处于不停的热运动中， 热运动又促使荷电粒子倾向于均匀分布， 使得剩余电荷不可能紧贴颗粒表面分布， 而具有 一定的分散性， 形成分散层如图7中a所示。 龙马溪组页岩的孔隙多为纳米级别， 所以认为颗 。

24、粒/溶液的双电层模型中的扩散层的厚度等同于孔隙的直径， 而离子导体扩散层到溶液是 逐渐过渡的。 页岩中原生孔隙、 有机质孔隙、 粒间孔隙以及晶间孔隙中存在大量的离子， 且 孔隙越大， 离子含量越多如图7b所示。 在外部电磁场作用下， 正电荷受电场力驱动聚积到电 流流入端， 形成新的平衡双电层； 去掉外电场后， 双电层恢复原状， 产生二次场， 即产生极化 现象。 0076 表1： 样品Al2O3、 SiO2与过量硅值 0077 0078 以上所述， 仅为本申请的具体实施方式， 但本申请的保护范围并不局限于此， 任何 熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内， 可轻易想到变化或替换， 都应。

25、涵 盖在本申请的保护范围之内。 因此， 本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。 0079 需要说明的是， 在本文中， 诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实 体或者操作与另一个实体或操作区分开来， 而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存 在任何这种实际的关系或者顺序。 而且， 术语 “包括” 、“包含” 或者其任何其他变体意在涵盖 说明书 6/7 页 9 CN 110988044 A 9 非排他性的包含， 从而使得包括一系列要素的过程、 方法、 物品或者设备不仅包括那些要 素， 而且还包括没有明确列出的其他要素， 或者是还包括为这种过程、 方法、 物品或者设备 所固有的要素。 在没有更多限制的情况下， 由语句 “包括一个” 限定的要素， 并不排除在 包括所述要素的过程、 方法、 物品或者设备中还存在另外的相同要素。 说明书 7/7 页 10 CN 110988044 A 10 图1 图2a 说明书附图 1/5 页 11 CN 110988044 A 11 图2b 说明书附图 2/5 页 12 CN 110988044 A 12 图3 说明书附图 3/5 页 13 CN 110988044 A 13 图4 图5 说明书附图 4/5 页 14 CN 110988044 A 14 图6 图7 说明书附图 5/5 页 15 CN 110988044 A 15 。