一种测量页岩中有机质含量的方法技术领域
本发明属于岩石物理研究领域，具体涉及一种测量页岩中有机质含量的方
法。
背景技术
页岩中的有机质含量是评价其生产油气能力的一个重要指标，在页岩油气
勘探中，有机质富集区是地震勘探的重要目标之一。现有技术中测量页岩中有
机质含量通常采用有机质分离技术。
岩石中的有机质通常以固体(干酪根)、液体(油)、气体的形式存在，本
发明中涉及的有机质指的是以固体形态存在的有机质。这部分有机质通常可以
通过化学溶解分离的手段从岩石中提取。其主要技术是采用多种有机酸和无机
酸，在加温加压条件下，去除页岩中的其它成分，通过离心机分离出干酪根。
该技术是现有的成熟技术，有相关的行业标准可以参照(中华人民共和国石油
天然气行业标准，SY/T5123-1995)。
对于页岩中有机质的评估通常采用化学分离的方法将其从岩石中分离出来
后，根据其质量来计算百分含量，因此化学分离过程中有机质的损失或者有机
质的纯度将直接影响其百分含量。现有技术的方法实施过程中对于有机质本身
是有损耗的，而且提取的有机质纯度也差次不齐，直接导致测量结果不准确。
而且化学分离方法鉴定有机质含量是一个缓慢的过程，耗时较长，效率不高。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种测量页岩中
有机质含量的方法，利用CT扫描岩芯整体，基于实验数据进行岩心的三维图像
构建，通过有机质的图像灰度值辨识岩石内部的有机质，进而计算其含量。
根据本发明的一个方面，提供一种测量页岩中有机质含量的方法，包括以
下步骤：确定一个岩心样品的有机质的灰度值范围；进行另一岩芯样品的三维
图像重构；根据确定的有机质的灰度值范围，拾取所述三维图像中的有机质；
统计有机质的像素点数量；计算有机质的含量。
进一步地，所述确定一个岩心样品的有机质的灰度值范围包括：选择一块
页岩的岩心样品，研磨成粉末，按照有机质分离标准将样品中的有机质提取出
来；采用X射线扫描有机质，得到有机质的X射线图像；对X射线图像进行重
构得到有机质的灰度值分布图。对于不同地区的岩石，其所包含的有机质在成
分、密度、类型上是有区别的，在对某个地区的岩石样品应用本发明的方法时，
需要先用该地区的岩石样品做一个有机质灰度值范围的标定，粉碎的岩石是为
了提取其中的有机质，以便用CT测定有机质的灰度值范围。
进一步地，所述进行另一岩芯样品的三维图像重构包括：对另外一块需要
分析有机质含量的岩心样品进行X射线扫描，得到岩心样品的X射线图像；对
所述X射线图像进行重构，建立岩心样品的三维图像。在获得该地区岩石样品
的灰度值范围后，再对该地区其他岩石样本进行有机质含量评估时，就不再需
要破坏岩石本身结构，通过建立岩心样品的三维图像可以进行有机质含量的测
量。
进一步地，所述根据确定的有机质的灰度值范围，拾取所述三维图像中的
有机质的步骤包括：在所述三维图像上根据之前确定的有机质的灰度值分布范
围，设定识别有机质的灰度阀值；根据灰度阀值，确定每块岩心样品中的有机
质。具体地，可将岩心样品的三维图像中灰度值位于所述灰度阀值之间的像素
点的数量统计出来。
进一步地，所述计算有机质的含量的步骤包括：将统计得到的像素点数量
与岩心样品的三维图像的总像素点数量相除，得到有机质的体积百分比。
进一步地，所述一个岩心样品与所述另一岩芯样品取自于同一个地区。
可选地，通过化学溶解分离的手段从岩心样品的粉末中提取有机质。
可选地，所述对X射线图像进行重构得到有机质的灰度值分布图的步骤包
括，将X射线扫描得到的图像中每个点的能量值换算成灰度值，最终形成灰度
图像。
传统的用化学方法测定有机质含量，需要对每块岩心都进行粉碎和化学分
离，而本发明只需要用一块岩石样品就能够确定所需要的有机质灰度值范围，
避免了对所有样品采用化学分离的方法，提高了页岩有机质含量的测量准确性。
此外，化学分离方法鉴定有机质含量是一个缓慢的过程，通常需要几个星
期来完成有机质含量鉴定，并且能够同时处理的样品数量有限。本发明只需要
用化学方法分离一个样品的有机质，并且CT扫描与化学分离可以同时进行，很
大程度上提高了效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下
面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图
中：
图1是根据本发明一个实施例的测量页岩中有机质含量的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此
处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
页岩中的有机质含量是评价其生产油气能力的一个重要指标，在页岩油气
勘探中，有机质富集区是地震勘探的重要目标之一。由于我国页岩气在烃源岩
来源、赋存条件、热演化程度上都与国外有较大差别，有必要对国内页岩气储
层中有机质的含量、物理性质开展研究，建立准确的页岩岩石物理模型，直观
的理解有机质对地震参数的影响，并指导从地震资料中提取出这些属性参数，
达到预测页岩气储层有机质丰度分布情况的目的。
根据本发明的一种实施方式，针对特定地区的页岩样品，测量页岩中有机
质含量的方法首先选择一块岩心样品，采用化学分离的方法提取其中的有机质。
在X射线仪上对提取出来的有机质样品进行扫描，从扫描结果中得到有机质的
灰度值范围。然后，对需要分析的岩心样品(另一块岩心样品)进行CT扫描，
在计算机上重构岩芯三维图像，根据已知的有机质灰度值，在岩心的三维图像
上识别并标识出有机质，从而统计得到有机质的含量。
下面结合附图1对本发明作进一步详细描述，附图1是根据本发明一个实
施例的测量页岩中有机质含量的方法流程图。所述方法首先确定一个岩心样品
的有机质的灰度值范围；进行另一岩芯样品的三维图像重构；根据确定的有机
质的灰度值范围，拾取所述三维图像中的有机质；统计有机质的像素点数量；
计算有机质的含量。
可选地，在确定一个岩心样品的有机质的灰度值范围步骤中，首先选择一
块页岩的岩心样品，研磨成粉末，按照有机质分离标准将样品中的有机质提取
出来(参考标准SY/T5123-1995)，提取出来得到的就是有机质粉末。
然后选取少量得到的有机质粉末，用99.99％纯度的蒸馏水混合，将得到的
溶液涂抹于玻璃片上。将承载了有机质溶液的玻璃片放入X射线仪，进行X射
线扫描，得到的是有机质的X射线图像。X射线在穿透样品后，射线能量会发
生衰减，其衰减程度与射线行进过程中穿过的物质的密度直接相关。穿过样品
的X射线投射到CT设备中的成像元件上(CCD)，不同能量的射线会在CCD
上产生不同能量的信号，最终形成图像。整个过程类似于照相机的成像过程。
工业CT技术即工业计算机断层扫描成像技术，是80年代兴起并迅速发展
的一项高新技术，能在无损条件下，测量计算出被测物断面的密度分布，并以
计算机图像的形式，通过灰度变化反映出断面材质的密度变化，从而清晰直观
地呈现出断面内部结构情况及材质组成。在石油行业，工业CT技术被用于油气
藏的研究领域，并发展成为研究多孔介质特征的重要工具。在公开发表的文献
中，也可查阅到通过CT扫描测量岩芯孔隙度(郑连清，1998)和饱和度(黄瑞
瑶，1999)的相关资料。
将扫描得到的图像数据导入VGstudio软件，通过软件中的图像重构功能得
到有机质的灰度值分布图。由于X射线扫描得到的图像是由很多不同能量值的
点组成的，因此在将图像数据导入软件的过程中，可以将每个点的能量值换算
成灰度值，最终形成灰度图像。
最后拾取灰度分布图上有机质的灰度值范围作为参考值。由于X射线扫描
的是有机质的溶液，所得到的图像中只包含有机质和水两种物质，因此在灰度
图像上能够十分容易的将有机质识别出来。在灰度图像上设定灰度阀值范围，
通过调节这个值并观察图像，当设定的阀值能够将图像上的有机质全部选中时，
就得到了有机质的灰度值范围。
可选地，所述进行另一岩芯样品的三维图像重构的步骤包括，将另外一块
需要分析有机质含量的岩心样品(与之前研磨成粉末的岩心样品是在同一个地
区取得的)放入工业CT机进行X射线扫描，得到CT扫描的岩心的X射线图
像。将X射线图像数据导入VGstudio软件，通过软件中的图像重构功能建立岩
心三维图像。具体地，由于X射线扫描得到的图像是由很多不同能量值的点组
成的，因此在X射线图像导入软件的过程中，可以将每个点的能量值换算成灰
度值，最终形成灰度图像。
CT图像重构技术在石油勘探开发领域有许多重要应用，通过该技术获取的
三维数字岩心，准确地反映了岩石的孔隙结构特征，为岩石微观领域的研究，
如驱替过程中岩心润湿性、碳酸盐岩的溶洞和裂缝分布等奠定了很好的基础。
现有技术中，岩心三维图像构建技术可包括以下步骤：
①三维图像重建。对岩样进行预处理，获得其投影数据，求解图像矩阵中
各像素的吸收系数，然后重建构造图像。有2种重建方法:变换法和迭代法。得
到岩样的横截面二维图像，并将它们组合起来得到其三维灰度图像。
②图像去噪。经X射线CT扫描获得的岩心三维灰度图像中存在系统噪声，
需要进行滤波处理。有均值滤波和中值滤波2种，一般采用中值滤波的方法，
它既能消除系统噪声，又能保持图像的细节部分。
③图像二值化。经X射线CT扫描获得岩石的三维灰度图像能够直接识别
出孔隙的位置，而对于孔隙和骨架的边缘位置难以辨认，为了获取岩样的几何
和拓扑结构特征，就需要将两者区分开来，将三维灰度图像转换为二值图像。
本发明可采用该方法构建岩心三维图像。
可选地，所述根据确定的有机质的灰度值范围，拾取所述三维图像中的有
机质的步骤包括，在三维图像上根据之前确定的有机质的灰度值分布范围，设
定识别有机质的灰度阀值(上限和下限)。之前得到的有机质灰度参考值被视为
某个地区岩心中的有机质灰度值大致范围，其代表了CT扫描岩心样品得到的三
维图像中有机质灰度值的大致范围，根据这个参考值，可以来确定每块岩心样
品中的有机质。
可选地，所述统计有机质的像素点数量的步骤包括，例如通过软件，统计
出岩心样品三维图像中有机质对应的像素点数量，就是将灰度位于上阈值和下
阈值之间的像素点的数量统计出来。
可选地，所述计算有机质的含量的步骤包括，将得到的像素点个数与样品
三维图像的总像素点个数相除，便得到有机质的体积百分比。
下面描述根据本发明方法的一个实施例。
(1)四川盆地东北的页岩样品一组，取其中100克样品，经过化学分离，
得到有机质粉末2.8g。
(2)由该地区的地质资料得知，该地区的页岩中有机质均为II型干酪根，
其生物来源和地质演化过程无明显差异，有机质的密度比较均一。将有机质与
水混合后，经X射线扫描，从有机质的灰度图像上得知其灰度值范围为75-136。
(3)8块圆柱体岩石样品，在phoenix v|tome|max型工业CT仪上对样品进
行X射线扫描。实验采用参数如下：
扫描电压：140KV 扫描电流：140μA
精度：27μm
扫描时间：120min
实验得到的数据体在VGStudio软件上进行三维图像重构，得到整个样品的
微观特征。
(4)在软件中将灰度值在75-136之间的像素点定义为有机质，由计算机统
计出该范围内的像素点个数，将得到的值与样品三维图像的总像素点相除，便
得到有机质的体积百分比。
对于不同地区的岩石，其所包含的有机质在成分、密度、类型上是有区别
的，在对某个地区的岩石样品应用本发明的方法时，需要先用该地区的岩石样
品做一个有机质灰度值范围的标定。实施步骤中粉碎的岩石是为了提取其中的
有机质，用CT测定有机质的灰度值范围。获得该地区岩石样品的灰度值范围后，
再对该地区其他岩石样本进行有机质含量评估时，就不再需要破坏岩石本身结
构，也避免了繁琐的化学分离过程。
传统的用化学方法测定有机质含量，需要对每块岩心都进行粉碎和化学分
离，而本发明只需要用一块岩石样品就能够确定所需要的有机质灰度值范围，
避免了对所有样品采用化学分离的方法，提高了页岩有机质含量的测量准确性。
此外，化学分离方法鉴定有机质含量是一个缓慢的过程，通常需要几个星
期来完成有机质含量鉴定，并且能够同时处理的样品数量有限。本发明只需要
用化学方法分离一个样品的有机质，并且CT扫描与化学分离可以同时进行，很
大程度上提高了效率。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于
上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技
术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，
在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重
复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不
违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。