基于有机元素的干酪根类型指数计算

申家年，杨久莹，周 放，张 健，杨贯楠，仇亚平，孙 艳

（1．东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆 163318； 2．中国石油天然气股份有限公司西南管道分公司，四川成都 610041； 3．大庆油田有限责任公司第二采油厂，黑龙江大庆 163414； 4．长城钻探工程有限公司测井公司，辽宁盘锦 124010）

基于有机元素的干酪根类型指数计算

申家年1，杨久莹1，周 放2，张 健1，杨贯楠3，仇亚平4，孙 艳1

（1．东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆 163318； 2．中国石油天然气股份有限公司西南管道分公司，四川成都 610041； 3．大庆油田有限责任公司第二采油厂，黑龙江大庆 163414； 4．长城钻探工程有限公司测井公司，辽宁盘锦 124010）

干酪根有机元素的范氏图法是被广泛采用的划分干酪根类型的方法，在实践中发现范氏图与干酪根类型指数TI法划分的结果有较大出入．利用海拉尔盆地乌尔逊凹陷143个样品实测的干酪根类型指数TI和有机元素数据，进行非线性回归，提出一种较为简洁的利用有机元素H／C、O／C直接计算TI的公式，将计算结果称作ETI；利用松辽盆地北部和海拉尔盆地贝尔凹陷51个样品对ETI进行验证．结果表明，ETI确定干酪根类型与TI法的一致性明显优于范氏图法与TI法的一致性．ETI的提出为利用干酪根有机元素测试结果评估干酪根类型提供新的研究思路和方法．

干酪根；类型划分；范氏图；TI指数；有机元素

0 引言

干酪根类型划分有三分法、四分法和五分法．三分法是由蒂索B P等（1978年）［1］提出的，他把干酪根划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型．Ⅰ型又称腐泥型，Ⅱ型又称腐泥腐殖型，Ⅲ型又称腐殖型．四分法和五分法是在三分法的基础上由杨万里［2］、黄第藩等［3］提出的．

确定干酪根类型的常用方法有干酪根显微组分分析、有机元素分析及有机碳和热解色谱分析．对应的参数或图件分别为TI指数、范式图（H／C、O／C）和HI、OI关系图．

现行的根据TI指数的干酪根四分法是曹庆英提出的［4］，采用我国煤岩显微组分的分类作为干酪根组分分类的依据，给出TI计算公式及四分法划分干酪根类型的TI区间，成为干酪根显微组分四分法现行行业规范［5］的基础．干酪根类型是由干酪根的物质成分决定的，因此采用显微组分法确定干酪根类型是最直接或最接近干酪根的物质构成的．显微组分的鉴定和描述主要适用于镜质体反射率Ro＜1．4的烃源岩．目前，显微组分法存在主要问题是无定形体可能是不同成因的，而且生烃能力有较大差异，影响干酪根类型的准确划分［6］；另外，干酪根在制备过程中破坏有机质的原始结构和产状，给有机质成因的确定带来困难，但其直接观察干酪根中主要生油物质已被广泛采用，成为确定干酪根类型的最基本依据［1，7—10］．尽管全岩分析具有独特的优点，但也有明显的不足，如对有机碳含量低的样品分析结果出入较大［9，11—13］，无论从历史资料的积累，还是目前的技术应用现状，短期内无法取代干酪根显微组分法．

有机元素法（范式图）确定干酪根的类型，是蒂索B P等［1］利用类型和成熟度不同的干酪根在范式图上有不同分布位置提出的．干酪根的有机元素主要由C、H、O元素组成，同时干酪根的不同物质成分具有不同的C、H、O比例．范氏图的优点是可直观地显示干酪根的类型，同时又能定性反映干酪根的热演化程度，使该图成为确定干酪根类型的重要图件；缺点是当样品数量多时不够方便，得到的是具有统计意义的干酪根类型划分结果，可看成是半定量的确定干酪根类型方法．干酪根中的有机元素除C、H、O外还有N 和S，有时N和S占有机元素的比例可能较高，对干酪根的类型有影响；另外，有机元素分析的误差也有不确定性．因此，仅根据O／H、O／C原子比很可能误判干酪根类型．

由于干酪根显微组分鉴定的成本、耗时、所用干酪根量都高于干酪根有机元素分析，因此有机元素法比显微组分法被更多地应用于确定干酪根类型．

考虑到范式图的半定量和一些特殊场合的需要，卢双舫等［14—15］提出利用有机元素计算KTI确定干酪根类型，将有机元素划分干酪根类型数值化，可以提供类似于TI的干酪根类型指数．在某种意义上说，笔者提出的ETI计算公式可以看成是这一思想的延续或改进．

1 TI法与范式图法确定干酪根类型

1．1 资料来源

143个样品来自海拉尔盆地乌尔逊凹陷白垩系南屯组和大磨拐河组．样品范围在1 200～2 700m，镜质体反射率Ro在0．4%～1．3%之间．根据SY／T 5735—1995四分法和五分法的TI划分方案（见表1、表2），143个样品的干酪根分布见图1、图2．由图1、图2可以看出，不同类型的样品数不够均衡，将对后面回归分析结果产生影响．

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

图1 143个样品的五分法TI划分结果Fig．1 143samples＇results by quinquepartite method（TI）

图2 143个样品的四分法TI划分结果Fig．2 143samples＇results by quartering（TI）

1．2 元素法与TI法划分结果

根据TI四分法将干酪根划分为Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ类（见图3），然后投到四分法的范氏图上，由图3可以看出，2种划分方法结果不一致．仿照图3，依据TI将干酪根五分后投到五分法范式图上（见图4）．由图3显示，TI法确定为Ⅰ的样品投在范式图上Ⅱ1型区；Ⅱ1的样品投在范式图上也有投在Ⅰ、Ⅱ2的情况．类似的情况在五分法（见图4）中也有．将TI法与范式图法确定的有机质类型的不一致性称作偏差．偏差表示范氏图法划分结果偏离TI法划分结果的程度，假定TI法认为干酪根属Ⅱ1型，若范氏图法认为属Ⅰ型，则偏差为+1；若范氏图法认为是Ⅱ2型，则偏差为—1；若范氏图认为也是Ⅱ1型，则偏差为0；偏差为+时为高估，偏差为—时为低估，偏差为0时为完全吻合．

根据图3和图4统计的偏差见表3、表4．由表3看出，四分法范氏图和TI法吻合率为样品总数的31．47%，类型高估的为59．44%，低估的为9．09%．由表4看出，五分法范氏图与TI法吻合率为样品总数的33．57%，类型高估的为17．48%，低估的为48．95%．可见，范氏图法与TI法完全吻合的比例约为样品总数的1／3．与TI法相比，四分法范式图明显对干酪根类型产生高估，五分法范式图对干酪根类型产生低估．对文中的143个样品，相对于TI法，无论四分法范氏图还是五分法范氏图都存在系统偏差．

图3 四分法TI划分的干酪根类型与范式图法划分的干酪根类型Fig．3 Kerogen types by quartering（TI）reflected on Van Krevelen diagram display the differences

图4 五分法TI划分的干酪根类型与范式图法划分的干酪根类型Fig．4 Kerogen types by quinquepartite method（TI）reflected on Van Krevelen diagram display the differences

表3 四分法范式图与干酪根类型指数（TI）法划分结果Table 3 Comparison of classification results between quartering reflected on Van plot and kerogen type index（TI）

表4 五分法范式图与干酪根类型指数（TI）法分类结果Table 4 Comparison of classification results between quinquepartite method reflected on Van plot and kerogen type index （TI）

2 KTI法与TI法确定干酪根类型

根据KTI法的计算公式和五分法类型划分方案［16］，统计的五分法KTI分类结果与TI法分类结果见表5．五分法与TI法的分类结果符合率为32．17%，高估的比例为18．18%，低估的比例为49．65%．与表4给出五分法范氏图结果基本一致，表明KTI法也存在明显的低估现象．

表5 五分法KTI分类结果与干酪根类型指数（TI）法分类结果Table 5 Comparison of classification results between quinquepartite method（KTI）and kerogen type index（TI）

3 利用有机元素计算TI（ETI）

利用干酪根有机元素分析数据直接计算的TI称为ETI，有别于干酪根显微组分计算的TI．

3．1 方程的基本形式及拟合结果

ETI方程为

式中：a、b、f、g、m、n为参数，6个参数具有很强的相关性，m与n呈负相关；a与f、g也高度相关．经试算得到三参数方程：

该方程中的3个参数m、a、b之间独立，可作为用有机元素估算TI的基本方程形式，用文中数据拟合的结果为m＝3 047．612，a＝1．044，b＝2．675，相关因数R2＝0．542．

3．2 ETI分类结果

用ETI对干酪根类型的判识界线完全按照TI的界线．ETI对干酪根类型的划分结果与TI法的划分结果见表6、表7．由表6看出，四分法ETI与TI的吻合（偏差为0）率达到59．44%，ETI高估的比例为18．88%，低估的比例为21．68%，高估和低估的比例较接近．由表7看出，五分法ETI与TI的吻合率达到46．15%．由表6、表7与表3、表4的比较说明，ETI对干酪根类型的划分结果比范式图法更接近于TI的划分结果．

表6 四分法ETI分类结果与干酪根类型指数（TI）法分类结果Table 6 Comparison of classification results between quartering（ETI）and kerogen type index（TI）

3．3 ETI估计偏差与热演化关系

将ETI划分类型的偏差随深度变化结果（见图5）显示，用ETI划分干酪根类型产生的偏差与深度关系不大，说明在文中使用的样品成熟度范围内，用ETI划分干酪根类型不受热演化程度影响．

表7 五分法ETI分类结果与干酪根类型指数（TI）法分类结果Table 7 Comparison of classification results between quinquepartite method（ETI）and kerogen type index（TI）

4 验证

松辽盆地北部45个样品，海拉尔盆地贝尔凹陷6个样品；样品深度范围为228～3 100m；TI划分的类型Ⅰ型10个，Ⅱ1型12个，Ⅱ2型17个，Ⅲ型12个（见表8）．所有样品投在范式图上的结果见图6．

图5 ETI确定的干酪根类型与TI确定的干酪根类型之间的偏差随深度变化关系Fig．5 The deviation of kerogen types determined by ETI and TI changed with depth

图6 TI划分的4种干酪根类型投在范式图上的结果Fig．6 The condition of 4kerogen types reflected on Van plot，samples from Songliao basin and Beier de—pression of Hailar

由图6看出，范式图法与TI法之间的吻合程度不好．用式（2）计算的ETI按四分法划分的结果与TI法划分结果（见表9）对比显示，偏差为0的占64．71%，高估的占11．76%，低估的占23．53%．高估和低估的结果不对称的主要原因是显微组分划为Ⅲ型的全部样品没有出现高估的现象，导致高估的比例明显低于低估的比例．ETI分类相对于TI分类的偏差随深度变化关系见图7．由图7可知，ETI计算与TI法的偏离与深度有关，对于深度大的样品有低估的趋势．用于验证的样品TI法干酪根类型与深度关系见图8．由图8可知，TI法Ⅲ型样品集中在3 000m左右，用ETI法确定干酪根类型没有产生高估．因而，在图7出现随埋深增大ETI法计算干酪根类型有低估趋势．

文中的数据来源于海拉尔盆地和松辽盆地，得到的结论可能有局限性，建议用实际资料根据式（1）或式（2）回归，这样更符合不同研究区的实际．总体上，用ETI划分干酪根类型优于范氏图法．

表8 51个样品有机元素组成及TI和ETI法分类结果Table 8 Comparison of tested 51samples＇organic element，TI and ETI

图7 51个样品TI法与ETI法干酪根类型偏差与深度关系Fig．7 The deviation and depth＇s relationship of samples＇kerogen types by TI and ETI

图8 51个样品TI法干酪根类型与深度关系Fig．8 The relationship between samples＇kerogen types（TI）and depth

表9 51个样品的ETI和TI法分类结果（四分法）Table 9 Comparison of 51samples’classification results byTI and ETI

5 结束语

提出一种用干酪根有机元素H／C、O／C直接计算干酪根类型指数的计算公式，为与TI区别，称为ETI．用ETI确定干酪根类型比用范氏图确定干酪根类型更接近于TI确定的结果，同时具有数值化的优点．虽然ETI所用的数据是有机元素，但是拟合的目标是干酪根类型指数，而不是范式图，因此ETI可以作为干酪根类型指数的补充．ETI的计算形式简单，划分干酪根类型的界线完全与TI相同．

因数据来源限制，文中的计算公式尚需实践检验．

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TE132

A

2095—4107（2013）05—0024—08

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

2012—03—19；编辑：陆雅玲

申家年（1962—），男，博士，教授，主要从事油气地球化学方面的研究．