Inorganic Geochemical Studies-SPE-2014-1922974 阅读笔记


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SPE 2014 1922974 MS

Application of Inorganic Geochemical Studies for Characterization of Bakken Shales, Williston Basin, North Dakota and Montana

  • Authors Dipanwita Nandy (Colorado School of Mines) | Steve Sonnenberg (Colorado School of Mines) | John D. Humphrey (Colorado School of Mines)
  • DOI http://dx.doi.org/10.15530/urtec-2014-1922974
  • Document ID SPE-2014-1922974-MS
  • Publisher Society of Petroleum Engineers
  • Source SPE/AAPG/SEG Unconventional Resources Technology Conference, 25-27 August , Denver, Colorado, USA
  • Publication Date 2014
  • ABSTRACT

What is Bakken shale ...

The Bakken Formation in the Williston basin consists of the upper and lower (U&L) Bakken shale and the dolomitic siltstones of middle Bakken. The dark colored, organic-rich U&L Shale are world-class source rocks, with total organic carbon (TOC) content varying between 3 to 20 wt. %. The fine-grained dolomitic siltstone of the middle Bakken are the main reservoir in the Bakken Petroleum System.

很多人曾经说页岩气是一场骗局,很多人说北美页岩气实际是个幌子,不是空穴来风,至少人家文章里写得清清楚楚,主要的储层是the fine-grained dolomitic siltstone,不知道国内的焦石坝到底是什么岩性?

采用的仪器:手持式ED-XRF(Niton XL3)

A Niton XL3 handheld ED-XRF analyzer by Thermo Scientific Corp. was used to measure the geochemical composition in terms of the element oncentrations (parts per million -ppm) for the U&L shales. Measurements were taken by placing the portable Niton XL3 instrument on the slabbed core samples. The instrument was kept in the TestAll GeoTM mode and the time set for measurement was 120 seconds for each sample.

前段时间考察过这个牌子的手持式XRF仪器,性能很好,不过公司最后没买。。。如果以后有这种装备了,需要注意,他选择的模式是TestAll GeoTM,分析周期是120秒,另外需要注意的是,他分析的样品是the slabbed core samples,采样间距是Sampling interval of 6 inches or 3 inches。

Three Element Groups

Jin(2013)采用因子分析法将Bakken页岩XRF分析出的元素种类分为三类。给出的参考文献是:Jin, Hui, 2013, Source Rock Potential of the Bakken Shales in the Williston Basin, North Dakota and Montana,Doctoral dissertation, Colorado School of Mines, Golden, Colorado, 227 p.

万能的google都找不到只字片语,不知道到底是怎么统计分析的,直接记录他的结论:

  • detrital:Al,Ti,K
  • authigenic:V,S,Ni
  • carbonate-associated:Ca,Mn,Sr
  • transitional zone between the detrital and authigenic groups:Rb,Nb,Cr,Fe

没有Si,因为Bakken的Si主要是生物硅(biogenic silica).

用R折腾了一下Jy的XRF数据,最初采用正交旋转因子分析法,后改成正交旋转主成分分析法,效果基本一致,主成分分析法貌似更合理一点:

setwd("~/下载")
jy <- read.csv("jy-xrf.csv")
library(dplyr)
jyxrf <- filter(jy,depth>3400)
jyxrf <- jyxrf[,c(-1,-7)]
#http://blog.csdn.net/lilanfeng1991/article/details/36190841
#判断主成分个数
library(psych)
library(GPArotation)
fa.parallel(jyxrf,fa="both",n.iter=100,show.legend=FALSE,main="Screen plot with parallel analysis")  

#factor analyse
jyfactor <- fa(jyxrf,nfactors = 2,rotate="varimax")
par(mfrow=c(1,2))
factor.plot(jyfactor,labels =rownames(jyfactor$loadings))
biplot(jyfactor,main = "")

#提取主成分
principal(jyxrf)
#主成分旋转,varimax
principal(jyxrf,nfactors=2,rotate="varimax")  
#principal
par(mfrow=c(1,1))
jyfactor <- principal(jyxrf,nfactors = 2,rotate="varimax")
factor.plot(jyfactor,labels =rownames(jyfactor$loadings))

分析出来的差异极大:

  • Al,K没什么争议
  • Si单飞也可以理解
  • Ca,Sr有点意外,但尚不离谱
  • Mn,Fe,Ti,P成为一个group,想了一下,Mn,Fe可能对水深敏感,而P指示生物活动,里边唯一难以接受的是Ti,从这个结果来看,似乎Ti不是碎屑成因的,而是某些亲Ti的生物???碎屑Si,生物Ti???关于元素化学的专著中,对Ti的描述:比较稳定的元素,土壤中Ti的含量与有机质含量成反消长关系,海生植物中的Ti含量高于其他生物,由于Ti不易形成碳水化合物,很难被生物大量吸收,因此动植物中Ti含量都很低,那这个Ti是怎么回事呢?
  • Mg与S几乎重叠!!??,这是什么意思??植物中叶绿素含Mg,是这个原因??

生物成因硅的判断方法

用TiO2作为y,SiO2作为x,绘制散点图,因为该区把Ti作为碎屑的指示元素,因此,碎屑成因的Si应该与Ti成正相关,该区的散点图显示,一部分Si与Ti正相关,还有一部分是负相关,因此把负相关的那一部分Si认为是生物硅(Biogenic Silica)。

国内有类似文献,比如四川盆地富有机质页岩硅质生物成因及对页岩气开发的意义里采用Al、Fe、Mn的三元图来判断是否是生物成因的。用R跑了一下,画了个三元图,效果是不一般的差,按文中的标准,jy完全落在生物成因范围里,显然,这个结论很不靠谱。。。

相对复杂庞大的包绘制三元图

library(StatDA) alfemn <- jyxrf[,c("Fe","Mn","Al")] ternary(alfemn,grid=TRUE,pch=1,cex=0.5,col=4)

比较简单的方便的包,需要先加载ggplot2

library(ggplot2) library(ggtern) fealmn <- jyxrf[,c("Fe","Al","Mn")] ggtern(fealmn,aes(Fe,Al,Mn))+geom_point()

中文文章中提出过量硅(excess SiO2)的概念:Si过量 =Si样品 −[(Si/Al)背景 ×Al样品],(Si/Al)背景采用Holdaway1982年计算的平均页岩比值3.11,不知道这个取值是否合理。。。同时,引用了1973年与1987年的两篇文献,采用Al/(Fe+Al+Mn)比值是判断硅质成因, 纯热水成因比值为0.01, 纯生物成因比值大于0.60,Si/(Si+Al+Fe) 比值也是判断硅质成因的重要参数, 生物成因比值较高,一般大于 0.9,更不知道是不是合理了。。。
qplot(depth,Al/(Fe+Al+Mn),data=jyxrf)
qplot(depth,Si/(Si+Fe+Al),data=jyxrf,ylim=c(0.7,0.9))
qplot(Si,Al,data=jyxrf,ylim = c(0,10))
qplot(Si,Ti,data=jyxrf,ylim = c(0,10))
Al/(Fe+Al+Mn)有部分数据大于0.6,绝大多数位于0.4-0.6这个区间,几乎没有小于0.4的。而Si/(Si+Fe+Al)就没有大于0.9的数,全在0.75-0.87之间。这个结论和三元图差距不小。。。

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