本發(fā)明涉及地球化學(xué)及沉積學(xué)領(lǐng)域，利用XRF方法判別沉積環(huán)境。

背景技術(shù)：

沉積巖中的微量元素與其形成環(huán)境有密切關(guān)系。在沉積過程中，沉積物與水介質(zhì)之間有著復(fù)雜的地球化學(xué)平衡，如沉積物對某些元素的吸附及沉積物與水介質(zhì)之間的元素交換等。這種吸附和交換作用除與元素本身性質(zhì)有關(guān)外，還受到沉積介質(zhì)物理化學(xué)條件的影響，而不同沉積環(huán)境的水介質(zhì)有不同的物理化學(xué)條件，元素的分散與聚集的規(guī)律也不相同，這就為利用沉積物微量元素進行古環(huán)境分析提供了理論依據(jù)。通過對沉積巖中微量元素百分比含量及分布，尤其是一些相關(guān)元素比值的研究，可以推斷當(dāng)時的沉積環(huán)境，反演沉積時期的地質(zhì)條件。

X射線熒光光譜分析(XRF)在20世紀(jì)末已廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)、冶金、環(huán)境、化工、材料等領(lǐng)域中元素的分析,并在大規(guī)模地球化學(xué)勘探和國際地球化學(xué)填圖的多元素分析中成為最快速、最經(jīng)濟的主導(dǎo)方法。由于常規(guī)的XRF分析不能完全滿足定量與高分辨率分析要求,XRF巖芯掃描分析方法便逐步發(fā)展起來。XRF巖芯掃描分析方法是直接掃描巖芯剖面得到元素百分比含量的相對變化,根據(jù)其中指示性元素的百分比含量及元素之間比率的變化,不僅用于推斷環(huán)境變化、成巖過程、污染物質(zhì)的輸入等,而且可以幫助解釋沉積的相互性和研究沉積過程。因此,可根據(jù)元素百分比含量的波動用來研究當(dāng)時地球化學(xué)特征及環(huán)境的變化情況,重建其古環(huán)境或古氣候,達到高分辨率分析的效果。

前人在利用微量元素判別沉積環(huán)境方面已經(jīng)取得了大量的成果，但主要集中在泥頁巖中，如：公開了X射線熒光光譜分析測定泥頁巖中元素百分比含量。水體越深溶解氧含量相對越高，海水中Mn²⁺被氧化，以 Mn(Ⅳ)的氧化物或氫氧化物沉淀下來。Ti是一種較穩(wěn)定的元素，很難形成可溶性化合物，所以海水中Ti的含量很低，沉積物中Ti主要來自陸源碎屑物質(zhì)，根據(jù)Mn和Ti兩種元素的特征差異性，Mn/Ti比值可以判斷水體的深淺，比值越大水體越深，反之則反（[1]梁文君,肖傳桃,肖勝. 川西地區(qū)中二疊世-中三疊世微量、常量元素與古環(huán)境、古氣候關(guān)系研究[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程,2015,11:14-24. [2]程文斌,顧雪祥,胡修棉,李有核,董樹義. 現(xiàn)代大洋紅色粘土與白堊紀(jì)大洋紅層元素地球化學(xué)對比[J]. 地質(zhì)學(xué)報,2008,01:37-47.）。

在潮濕氣候條件下，Mn的含量較低，Mn在湖水中常以Mn²⁺穩(wěn)定存在，當(dāng)湖水強烈蒸發(fā)而使Mn²⁺濃度飽和時，它會大量沉淀，從而在巖石中顯示高值。而Fe在潮濕的環(huán)境下易以Fe（OH）膠體狀態(tài)快速沉淀，因而Fe/Mn可以很好的反應(yīng)氣候，比值高說明氣候潮濕，比值低表明氣候干旱。Ca、Mg含量可以指示氣候，在干旱氣候下由于水分的蒸發(fā)，水介質(zhì)的堿性增強，水中的Ca、Mg元素會被大量析出，發(fā)生沉淀，所以它們的含量增高，即Ca、Mg含量高表明氣候干旱（[3]李智超,李文厚,賴紹聰,李永項,李玉宏,尚婷. 渭河盆地古近系細(xì)屑巖的古鹽度分析[J]. 沉積學(xué)報,2015,03:480-485.[4]李仁澤,劉成東,李志文,梁良. 巴音塔拉凹陷呼和砂巖型鈾礦床微量元素地球化學(xué)特征[J]. 鈾礦地質(zhì),2015,04:438-444+466.[5]張茂盛,胡曉靜. 微量元素在地質(zhì)沉積環(huán)境中的應(yīng)用[J]. 光譜儀器與分析,2001,04:19-21.）；

Sr元素在搬運過程中不易于沉淀，只有在大量Sr元素隨水流富集到較深水位時，才會析出被泥質(zhì)顆粒吸附，或者干旱氣候下大量析出，并被泥質(zhì)顆粒吸附。Ca元素活潑性差，遷移能力要低的多，同時Ca的氫氧化物主要在PH=5的弱酸性介質(zhì)中沉淀，在淡水中比在海洋條件下更容易富集，前人根據(jù)Sr和Ca的這種富集差異性，利用Sr/Ca比值判斷古鹽度，Sr/Ca 越大指示鹽度越高（[6]陳洪德,李潔,張成弓,程立雪,程禮軍. 鄂爾多斯盆地山西組沉積環(huán)境討論及其地質(zhì)啟示[J]. 巖石學(xué)報,2011,08:2213-2229.[7]杜軼倫,曹毅,李大鵬,高志偉. 安徽銅陵志留系—三疊系地層層序地層和微量元素地球化學(xué):對沉積環(huán)境的約束[J]. 現(xiàn)代地質(zhì),2014,02:281-291.）。

目前砂巖中元素主要用來區(qū)分區(qū)域構(gòu)造背景。泥頁巖的主要成分為細(xì)粒沉積物，而砂巖中細(xì)粒沉積物百分比含量在10%左右。由于大多數(shù)微量元素都吸附在細(xì)粒沉積物的表面，因此砂巖中微量元素的百分比含量除了受到古沉積環(huán)境影響外，還與砂巖中細(xì)粒沉積物（泥質(zhì)）百分比含量密切相關(guān)，所以利用砂巖中常量、微量元素進行環(huán)境判別時，首先要剔除掉砂巖中的細(xì)粒沉積物（泥質(zhì)）百分比含量對元素的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有技術(shù)中沒有基于砂巖中元素判別沉積環(huán)境的方法。

本發(fā)明提供一種基于砂巖中元素XRF法判別沉積環(huán)境的方法，包括如下步驟：

1）以X射線光譜儀對砂巖的巖心進行測試并獲取各元素在巖心中的百分比含量的數(shù)據(jù)；

2）對每種元素與油田鉆井同時測得砂巖的巖心的GR值進行相關(guān)分析，找出與GR值相關(guān)性好的元素，以及對應(yīng)的相關(guān)性公式；

3）根據(jù)步驟2）中得到的相關(guān)性，將每種元素的百分比含量用對應(yīng)的GR值進行標(biāo)準(zhǔn)化，消除泥質(zhì)多少對元素百分比含量的影響；

4）利用標(biāo)準(zhǔn)化后的特征元素以及特征元素的比值判斷指示沉積環(huán)境的變化。

優(yōu)選地，上述的基于砂巖中元素XRF法判別沉積環(huán)境的方法，包括如下步驟：

1）以X射線光譜儀對砂巖的巖心進行測試并獲取Mg、Sr、Mn、Ti、Fe和Ca在巖心中的百分比含量的數(shù)據(jù)；

2）對Mg、Sr、Mn、Ti、Fe、Ca的百分比含量與油田鉆井同時測得砂巖的巖心的GR值進行相關(guān)性分析得出：Ca百分比含量與GR無相關(guān)性，Mg、Sr、Mn、Ti、Fe的百分比含量與GR呈線性正相關(guān)；

3）根據(jù)步驟2）中的相關(guān)性對元素進行標(biāo)準(zhǔn)化：以Mg的百分比含量、Sr的百分比含量分別除以對應(yīng)的GR值；得到標(biāo)準(zhǔn)化后的Mg的百分比含量和標(biāo)準(zhǔn)化后的Sr的百分比含量；

4）做出Sr的百分比含量、Mn的百分比含量/Ti的百分比含量、Fe的百分比含量/Mn的百分比含量、Ca的百分比含量、標(biāo)準(zhǔn)化后的Mg的百分比含量、標(biāo)準(zhǔn)化后的Sr的百分比含量/Ca的百分比含量隨取巖心的井內(nèi)深度的變化曲線；

5）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的Sr的百分比含量、Mn的百分比含量/Ti的百分比含量、Fe的百分比含量/Mn的百分比含量判斷古水深，根據(jù)Ca的百分比含量、標(biāo)準(zhǔn)化后的Mg的百分比含量、Fe的百分比含量/Mn的百分比含量判斷古氣候，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的Sr的百分比含量/Ca的百分比含量判別古鹽度。

根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于砂巖中元素XRF法判別沉積環(huán)境的方法，其特征在于，步驟1）前還包括以毛刷將砂巖的巖心表面清潔干凈的步驟。

本發(fā)明的方法能夠消除不同沉積微相砂巖儲層中，泥質(zhì)的百分比含量對元素的影響，從而利用砂巖中元素判斷古沉積環(huán)境。

附圖說明

圖1A為本發(fā)明實例中Mg元素的百分比含量與GR相關(guān)性分析圖；

圖1B為本發(fā)明實例中Fe元素的百分比含量與GR相關(guān)性分析圖；

圖1C為本發(fā)明實例中Sr元素的百分比含量與GR相關(guān)性分析圖；

圖1D為本發(fā)明實例中Ti元素的百分比含量與GR相關(guān)性分析圖；

圖1E為本發(fā)明實例中Mn元素的百分比含量與GR相關(guān)性分析圖；

圖1F為本發(fā)明實例中Ca元素的百分比含量與GR相關(guān)性分析圖；

圖2為本發(fā)明實例中校正前后古水深判斷結(jié)果對比圖；

圖3為本發(fā)明實例中校正前后古氣候判斷結(jié)果對比圖；

圖4為本發(fā)明實例中校正前后古鹽度判斷結(jié)果對比圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。

研究區(qū)位于西湖凹陷東北部，通過巖心觀察，研究區(qū)主要發(fā)育大套厚層砂巖儲層。由于研究區(qū)鉆井?dāng)?shù)量少，不同學(xué)者對研究區(qū)沉積相類型觀點不一，主要有兩種觀點：辮狀河沉積相、辮狀河三角洲沉積相。采用本發(fā)明的方法，對研究區(qū)目的層巖心進行元素密集測試，得出研究區(qū)目的層沉積環(huán)境，為沉積相判別提供依據(jù)。

第一步，研究區(qū)為低滲-致密砂巖氣藏，巖心中基本無瀝青及原油殘存，并進行剖面切割處理，表面無污染，測試前用毛刷清理干凈巖心表面的浮土即可（將巖心表面清洗干凈，不要用自來水或者礦泉水去洗，也不要用濕抹布去擦，避免將外界元素附著到巖心表面，影響檢測結(jié)果）。采用美國Innov-X（伊諾斯）DELTA系列礦石分析儀對清理干凈的巖心進行連續(xù)測試（小的間距測數(shù)據(jù)，具體根據(jù)實驗者的需要來定）。根據(jù)前人研究，選取Sr、Mn/Ti、Fe/Mn判斷古水深，選取Ca、Mg、Fe/Mn判斷古氣候，選取Sr/Ca判別古鹽度。測得Mg、Sr、Mn、Ti、Fe、Ca的百分比含量。

第二步，對所選元素與油田鉆井同時測得砂巖的巖心的GR值進行相關(guān)性分析得出：Ca百分比含量與GR值基本無相關(guān)性（圖1F），其它元素（Mg、Sr、Mn、Ti、Fe）的百分比含量與GR值呈線性正相關(guān)（圖1A~圖1E）；

第三步，根據(jù)第二步中的相關(guān)性對元素進行標(biāo)準(zhǔn)化，研究區(qū)主要為線性正相關(guān)，所以標(biāo)準(zhǔn)化時用（Mg、Sr、Mn、Ti、Fe）的百分比含量值直接除以對應(yīng)的GR值即可；對元素比值（Mn/Ti、Fe/Mn）進行標(biāo)準(zhǔn)化時，與泥質(zhì)百分比含量之間為線性正相關(guān)的兩個元素在做比值時，分子和分母中泥質(zhì)百分比含量的影響會抵消，所以標(biāo)準(zhǔn)化前后的值結(jié)果相同；而如果有Ca參與比值時（Sr/Ca），其它元素（Sr）需要用校正后的值。

第四步，根據(jù)第三步的結(jié)果，做出標(biāo)準(zhǔn)化前后元素及元素比值隨取巖心的井內(nèi)深度的變化曲線；

根據(jù)第五步的結(jié)果，判斷研究區(qū)取心段的古沉積環(huán)境。

3600m-3610m深度（井里面取巖心的深度）區(qū)間，校正之前Sr值偏小，指示其水深相對較淺，而Fe/Mn偏小、Mn/Ti比值偏大，指示水體相對較深，兩種判別結(jié)果相矛盾。校正后的 Sr在此深度區(qū)間百分比含量相對偏大，與Fe/Mn、Mn/Ti所示結(jié)果一致（如圖2所示）；此深度段，Ca、Mg百分比含量相對偏低，指示相對干旱環(huán)境，而Fe/Mn比值偏小，指示相對溫濕的環(huán)境，兩者同樣矛盾。校正后的Ca、Mg百分比含量在此深度段相對偏高，與Fe/Mn比值的判別結(jié)果一致（如圖3所示）。

3990m-3995m深度段與3600m-3610m深度段的情況相反，校正之前Sr值偏大，指示其水深相對較深，而Fe/Mn偏大、Mn/Ti比值偏小，指示水體相對較淺，兩種結(jié)果矛盾。校正后的Sr在這一段百分比含量相對偏小，與Fe/Mn、Mn/Ti所反映的結(jié)果一致，說明此時的水體深度相對較淺（如圖2所示）； Ca、Mg百分比含量相對偏高，指示相對溫濕環(huán)境，而Fe/Mn比值偏高，指示相對干旱的環(huán)境，兩者同樣矛盾。校正后的Ca、Mg百分比含量在此深度段是相對偏低的，與Fe/Mn比值的判別結(jié)果一致，指示一種干旱的環(huán)境（如圖3所示）。

Sr/Ca比值在判斷古鹽度時，標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值明顯比標(biāo)準(zhǔn)化前穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)化前的歧義值標(biāo)準(zhǔn)化后大多得以消除，說明這些點主要是測試段泥質(zhì)百分比含量的差異引起的，而不是古鹽度的變化引起的（如圖4所示）。

綜上所述，砂巖儲層中元素對環(huán)境的判別結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化前后差異明顯，應(yīng)用本發(fā)明所述方法所得結(jié)果更可靠。

以上所述實施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實施例，本發(fā)明的保護范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。