孔偉思，方 石，袁 魏，王 凱，聶鏡奇，侯繼盛

鏡質(zhì)體反射率的研究現(xiàn)狀

孔偉思1，方 石1，袁 魏3，王 凱1，聶鏡奇2，侯繼盛2

（1. 吉林大學地球科學學院，吉林 長春 130021； 2. 吉林省第二地質(zhì)調(diào)查所，吉林 吉林 132013；3. 中國石化江蘇油田物探技術(shù)研究院，江蘇 南京 210046）

鏡質(zhì)體的反射率與其受熱升溫正相關(guān)，該過程不可逆且十分穩(wěn)定。鏡質(zhì)體反射率最早用于煤巖學，其后作為重要的數(shù)字標尺被用于分析烴源巖的生烴模式。本文詳述了該方法的基本原理、實驗過程、數(shù)據(jù)校正以及在盆地熱歷史等方面應用，特別論述了 20世紀以來的發(fā)展過程。其中該方法在熱史方面的應用，由早期簡單圖版法，發(fā)展至現(xiàn)今的復雜計算模擬，其中經(jīng)典的是Lerche計算法和Easy%Ro模擬法，已經(jīng)可以較為準確的恢復盆地的熱史和經(jīng)歷的最高古地溫。此外利用地層中Ro值與深度之間的關(guān)系恢復剝蝕量，以及分析盆地的類型和排驅(qū)壓力。目前，鏡質(zhì)體反射率正在朝微觀化和系統(tǒng)化兩個方向發(fā)展，一是通過實測數(shù)據(jù)點的雙峰或多峰直方圖了解芳香苯環(huán)的區(qū)別和不同來源，定量解釋其受熱過程，二是發(fā)揮自身不可逆性及穩(wěn)定記錄的特點，與其他古溫標法配合，相互約束揭示其受熱過程。

鏡質(zhì)體反射率；原理；實驗方法；熱史；剝蝕量

1 引 言

隨著石油、煤炭等能源工業(yè)的不斷發(fā)展，盆地的熱演化過程逐漸被越來越多的研究人員重視。而且還發(fā)現(xiàn)，盆地熱演化過程不僅與盆內(nèi)油氣等能源礦產(chǎn)的形成有密切的關(guān)系，還和沉積盆地的埋藏、流體以及盆地原型演化有密切的關(guān)系。因此，重建沉積盆地的溫度歷史對于認識盆地的演化歷史、分析盆地演化過程中的地質(zhì)作用及其演化過程，具有重要的意義。

盆地熱史的研究方法主要分為兩類，一類是地球動力學模型法，另一類是古溫標法。目前較為常用的是古溫標法，古溫標法的種類很多，如粘土礦物轉(zhuǎn)變法、鏡質(zhì)體反射率法、流體包裹體法和裂變徑跡等。鏡質(zhì)體反射率法自上世紀30年代首次用于測定煤化級別之后，已延用至沉積巖分散有機質(zhì)成熟度的測定［1,2］，是應用最廣泛并可作為數(shù)字標尺的有機質(zhì)成熟度指標。因其可量化有機質(zhì)成熟度的優(yōu)點，得到了地熱史研究方面最廣泛的應用。

2 鏡質(zhì)體反射率法的發(fā)展史

2.1 鏡質(zhì)體反射率測試方法的發(fā)展史

2.1.1 鏡質(zhì)體反射率的測試儀器的發(fā)展

1932年，Hoffmann和Jenkner首次發(fā)現(xiàn)，使用貝瑞克光度計測定時，反射光強度隨著煤級增高而增大，說明鏡質(zhì)體反射率反映了煤的變質(zhì)程度 。這個發(fā)現(xiàn)當時被用于確定煤級，由此開始了鏡質(zhì)體反射率法的使用。但這種確定煤級的方法具有下述缺點(1)得到的數(shù)據(jù)是人為估計，較為主觀；(2)對比范圍大，在視域內(nèi)很難達到要求的顆粒數(shù)；(3)測定時間長。

1955年McCartney和Hofer利用光電倍增管改進了測試技術(shù)，使這種方法測得的數(shù)據(jù)具有可重復性和可對比性，一直使用至今[1,4]。

2.1.2 鏡質(zhì)體反射率樣品制備的發(fā)展

在測試的制樣方法上，自上世紀60年代，鏡質(zhì)體反射率法用于油氣地質(zhì)后，測巖石中有機質(zhì)的Ro值需要將分散有機質(zhì)富集在一起，制成光片。由于整個過程流程較長，成本高，1997年宋麗提出了全巖光片法，直接將樣品粉碎后加入環(huán)氧樹脂和固化劑始之膠泥，待24 h凝固后拋光制成光片，節(jié)省了大量人力物力。

2.1.3 鏡質(zhì)體反射率的測定方法

上個世紀早期到現(xiàn)在，鏡質(zhì)體反射率的測定已出現(xiàn)多種類型，如常規(guī)最大反射率法、隨機反射率法、平均反射率法、丁氏3A最大反射率法、在煤磚光片中測定雙反射率(△R)的方法等。目前常用的是最大反射率法和隨機反射率法。

（1）平均反射率法

礦物學上的平均反射率是指礦物處于 45°位時的反射率。如果在非偏光下測量，任意位測定的反射率都是平均反射率。

平均反射率法適用于煤及分散有機質(zhì)反射率的測定，但由于在高級煙煤和無煙煤階段，反射率各向異性增強，尤其在超級無煙煤階段，最小反射率迅速降低，最好用最大反射率作為這些煤級的指標。

（2）丁氏3A最大反射率法

這種測定方法是指在偏光下，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)物臺45°二次，3個讀數(shù)為R1、R2和R3，則最大反射率

近似最小反射率

（3）丁氏3P最大反射率法(R3P)

以45°角間距轉(zhuǎn)偏光鏡，而不轉(zhuǎn)物臺。3個校正系數(shù)R1、R2、R3。校正系數(shù)是偏光鏡在兩個不同位置上所得的兩個反射率讀數(shù)之比值。任何標準片的校正系數(shù)可用下列方法求得:首先將偏光鏡置于0°位置上，用任一標準校準顯微光度計系統(tǒng)，記錄P00時的反射率讀數(shù)，然后旋轉(zhuǎn)偏光鏡至45°及90°位置，分別記錄這兩個反射率讀數(shù)。

計算校正系數(shù)后可進行反射率的測量，在偏光鏡0°、45°和90°的位置上，分別記錄鏡質(zhì)體顆粒上三個讀數(shù)。最大反射率Rsp可用校正系數(shù)和這三個讀數(shù)代入下式求出。

（4）丁氏平均反射率(Rtav)法

丁氏發(fā)現(xiàn)，同一鏡質(zhì)組顆粒上間隔90°的兩個反射率讀數(shù)的和是一常數(shù)，其平均值等于平均反射率。大量讀數(shù)的平均值為平均中值反射率。

（5）鄒氏最大反射率測定法

1981年，鄒韌提出了一種了自然光測定法。其原理是在偏光鏡位置上用前置玻片取代，使入射面與垂直照明器玻片的入射面重合，入射光為部分直線偏光，調(diào)整前置玻片入射角，使其透射的部分直線偏光偏振程度的負值和垂直照明器反射、透射的部分直線偏光偏振程度的正值相互抵消而使射向光電倍增管的光恢復成為自然光。再在這個光學系統(tǒng)中加入分析鏡，不旋轉(zhuǎn)物臺而旋轉(zhuǎn)分析鏡可實測最大反射率，即測得平均反射率。

（6）在煤磚光片中測定雙反射率(ΔR)的方法

1981年，B.Ф.Дoбpoнpaвoв提出了在部分偏振光下測定鏡質(zhì)組光學各向異性(ΔR)的方法。他證明了鏡質(zhì)體反射率總的分散由三部分組成，即

式中:Q—顯微光度計中光的偏振程度。確定Q的方法為在光片上，轉(zhuǎn)動物臺條件下兩次測定鏡質(zhì)體最大、最小反射率。在部分偏光下測定，測得再在偏光下測定，測的兩次測定鏡質(zhì)體的同一位置。

光的偏振程度Q:

然后，分別在部分偏光和偏光下不轉(zhuǎn)動物臺測定樣品中鏡質(zhì)體體積(隨機)反射率則:

2.1.4 鏡質(zhì)體反射率法數(shù)據(jù)校正和誤差估計

1975年Stach和1977年Ting發(fā)現(xiàn)含殼質(zhì)組煤素質(zhì)的Ro測定值偏低，首次報道了鏡質(zhì)體反射率的抑制現(xiàn)象。此后在許多實際工作中也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)由于有機質(zhì)自身原因或外部因素影響，Ro值出現(xiàn)抑制或異常增大的情況，不能客觀反映鏡質(zhì)體反射率值代表的含義，需要加以校正。

1991年，澳大利亞Wilkins博士發(fā)明了FAMM技術(shù)，該技術(shù)主是為了解決烴源巖缺乏鏡質(zhì)體及鏡質(zhì)體富氫受抑制的問題。是目前使用最廣泛，準確率最高的校正方法。

1992年，Lo根據(jù)煤鏡質(zhì)體反射率受抑制的實際情況，提出了反射率校正圖。依據(jù)實測反射率值（已受到抑制）和經(jīng)過熱解測出的氫指數(shù)，投影到圖中（圖1）即可得到校正后的反射率值。

1994年，Quick使用反射率與熒光結(jié)合的方法校正鏡質(zhì)體反射率的誤差，他發(fā)現(xiàn)煤級和煤的類型對鏡質(zhì)體的熒光強度有影響, 并給出公式:Ro1=Ro2+(FLI-1)/3.4 式中FLI以鈾玻璃為標樣，值是100，在550～650 nm范圍內(nèi)測出的鏡質(zhì)體熒光強度自然對數(shù)值。Ro1為校正值；Ro2為測量值。1997年，Newman將本方法進一步應用于分散有機質(zhì)鏡質(zhì)體反射率抑制的研究，他測量了樣品中鏡質(zhì)體和惰性體顆粒的反射率和熒光強度(圖2)。在圖上用最小二乘法得出鏡質(zhì)體和惰性體熒光強度—反射率的擬合直線,熒光強度如果大于6% ,說明鏡質(zhì)體顆粒富氫,Ro率受到了抑制。

Suggate利用煤的類型與煤級研究煤的特性。1997年，Newman據(jù)此提出了鏡質(zhì)體反射率被抑制的校正圖。

圖中的“平均類型線”表示鏡質(zhì)體反射率正常的煤化曲線,“等煤級線”代表等煤級煤的分布,它與煤化軌跡線斜交。Suggate圖可以評價煤樣的類型和煤級。Suggate圖用揮發(fā)分(圖3)或n(H) /n(C)值確定高熱量與煤級和類型哪個相關(guān)。在鏡質(zhì)體反射率與揮發(fā)分圖(圖4)中, 因等煤級煤的揮發(fā)分含量不同, 所以鏡質(zhì)體反射率存在很大差異。在評價鏡質(zhì)組反射率抑制時,先使用揮發(fā)分和熱量獲得平均類型的煤揮發(fā)分含量,再通過它獲得真實的反射率值。本方法里發(fā)熱量和揮發(fā)分(圖3, 4)均為干燥無礦物無硫基的。

2006年，孫立中、楊宗霖通過實驗發(fā)現(xiàn)，量測平均鏡質(zhì)體反射率的不均性結(jié)果與 Gini 系數(shù)之間有良好的相關(guān)性; 說明Gini系數(shù)在判識鏡質(zhì)體反射率在不均性的量測結(jié)果上具良好的量化性指標。當鏡質(zhì)體反射率之量測出現(xiàn)偏離平均值的寬頻現(xiàn)象時,Gini系數(shù)可有效的作為頻寬量化的比較依據(jù)。

2.2 鏡質(zhì)體反射率用于確定煤化級別的發(fā)展史

1932年，Hoffmann和Jenkner發(fā)現(xiàn)了鏡質(zhì)體反射率與煤級的關(guān)系后，鏡質(zhì)體反射率法即用于定量鑒定煤級的指標。

我國經(jīng)過長期摸索，于上世紀60年代出臺了鑒定煤級的國家標準[5]。到上世紀70年代，Stach等把Ro分布圖方法用于煉焦配煤中，提高了煤品劃分對比的客觀性和效率。

1992年，李小彥等對長焰煤——無煙煤七個煤級的煤層煤樣測試資料分析,總結(jié)了不同煤級煤的鏡質(zhì)體反射率分布圖特征，以此區(qū)分五業(yè)用煤屬單煤、混煤、混合的簡單復雜程度。

1993年，肖文釗等提出混配煤鏡質(zhì)體反射率分布的測定方法,并應用此方法判斷洗精煤混合程度,半定量確定混煤中各單種煤的比例，預測焦炭強度。

2.3 鏡質(zhì)體反射率法在盆地熱史方面的發(fā)展史

2.3.1 鏡質(zhì)體反射率法研究盆地熱史的半定量研究階段

由于鏡質(zhì)體反射率與盆地的熱演化過程有著成因上的聯(lián)系，且人們對盆地熱演化過程逐步重視，利用鏡質(zhì)體反射率研究和反映盆地熱演化過程就成了必然選擇[6-8,9]。上世紀五六十年代，研究人員已經(jīng)初步開始使用鏡質(zhì)體反射率恢復古地溫，利用Ro與溫度之間的關(guān)系建立簡單的圖版及公式來推算古地溫。

1955年，Karweil建立了“Karweil圖表”，1971年Bostick和Teichmuller對此圖表進行了改進（圖5），雖然仍有很多不足，但是由于當時條件所限，這個圖仍很具代表性，被廣泛使用[4]。

上世紀70年代，隨著鏡質(zhì)體反射率與古地溫之間關(guān)系研究的不斷深入，出現(xiàn)了一些推算古地溫的公式。如1974年，Cannan以一級化學動力學反映為基礎(chǔ)，根據(jù)12個油田的成油溫度與時間推出連續(xù)沉積盆地生油溫度和受熱時間之間的關(guān)系式:lgt=3014/T－6.490式中T為絕對溫度,t為地層年齡(圖6) 。

1975年，Hood等提出有機質(zhì)成熟度，溫度和受熱時間三者新的一種模式，建立了有機質(zhì)成熟度標尺（Lom）與Ro、孢粉熱變指數(shù)、煤化程度等指標的關(guān)系（圖7），以及有機質(zhì)成熟度標尺（Lom）、有效受熱時間（Teff）和最高古地溫（Tmax）之間關(guān)系（圖8）。

早期建立起來的用于推算古地溫的方法還有古地溫“量板圖”（Cooper,1977;汪緝安等，1985）和1986年的鏡質(zhì)體反射率與地溫梯度關(guān)系式[10]。1986年Barker[10]的鏡質(zhì)體反射率與地溫梯度關(guān)系式。

2.3.2 鏡質(zhì)體反射率法用于盆地熱史方面發(fā)展的定量階段

80年代，隨著鏡質(zhì)體反射率與受熱過程的研究不斷深入，特別是使用化學熱動力學來研究芳香環(huán)苯的定向排列，鏡質(zhì)體反射率法恢復古地溫技術(shù)逐漸成熟，已經(jīng)可以使用擬合計算法來模擬和重建生油層的熱史。

1971年Lopatin，1980年Waples[8]在大量資料基礎(chǔ)上，提出了TTI指數(shù)，計算公式為TTI=∑rnΔt式中r=2，n為時間溫度指數(shù)。并且建立了TTI指數(shù)與

1983年 Middleton[3]和 Falvey[2]利用盆地地質(zhì)成因模型與有機質(zhì)成熟度擬合計算結(jié)合起來擬合計算盆地古地溫。提出了鏡質(zhì)體反射率與溫度、時間之間的經(jīng)驗關(guān)系式。

1984年，Lerche等提出利用熱化學反應中的時間—溫度綜合作用指數(shù)與熱傳導原理相結(jié)合的方法來重建古地溫史和古熱流史，即從盆地現(xiàn)今的熱流或地溫資料出發(fā)，反推古熱流史和古地溫史，并用實測的鏡質(zhì)體反射率資料來檢驗，建立了計算古地溫的數(shù)學表達式。此方法利用實測資料計算的時間一溫度綜合作用指數(shù)與根據(jù)模型推算的理論值之間的偏差達到極小。

1989年 Sweeney和 Burnham用活化能分布的Arrhenius一級平行反應方法建立了的鏡質(zhì)體反射率與熱成熟計算的VITRIMAT模型，1990經(jīng)過進一步改進，完善了一種反演沉積有機質(zhì)熱歷史的新方法—Easy%Ro數(shù)值模擬法，該方法使計算速度顯著增加，目前已成為古地溫研究中最常用的模型；

1993年Suzuki[11]等在EASY%Ro模型的基礎(chǔ)上建立鏡質(zhì)體反射率模型SIMPLE-Ro。

1998年，冉啟貴、胡國藝在利用鏡質(zhì)體反射率進行熱史反演領(lǐng)域，提出的分階段熱史反演模擬方法,力求克服簡單模型的弱點,考慮復雜地質(zhì)條件對熱流反演的影響,以利于廣泛應用。

2.4 鏡質(zhì)體反射率法恢復地層剝蝕厚度的發(fā)展歷史

1977年Dow提出的利用鏡質(zhì)體反射率(Ro)估算不整合面地層剝蝕厚度的方法，將不整合面上、下構(gòu)造層中Ro隨深度的跳躍歸結(jié)為不整合面地層剝蝕的影響，使用剝蝕面上下相鄰地層Ro值的差異推算剝蝕量。

1989年，何生、王青玲對Dow的方法提出改進，將斷面以下的有機質(zhì)成熟度擬合線反延至 Ro值為0.2%處（古地表Ro值為0.18%～0.2%），則該點與斷面之間距離為剝蝕厚度；

1999年，胡圣標[12]等人提出了最高古地溫法。將Ro值轉(zhuǎn)換為最高古地溫, 求取古地熱梯度后, 再估算剝蝕厚度；同年，陳增智[13]等人的Ro-TTI法，認為只考慮剝蝕面附近鏡質(zhì)體反射率差值是不全面的，利用有機質(zhì)成熟度時間溫度關(guān)系的模型(TTI),建立修正的鏡質(zhì)體反射率剝蝕厚度恢復方法；

2005年，佟彥明等提出了一種新的利用鏡質(zhì)體反射率恢復地層剝蝕厚度的方法, 該方法直接將該構(gòu)造層的線性回歸關(guān)系外推至地表Ro的近似值處，而得到近似的古地表位置, 古地表位置和不整合面位置的差值即為剝蝕厚度。

3 鏡質(zhì)體反射率的原理及概念體系

鏡質(zhì)體反射率是指鏡質(zhì)體（在綠光中）的反射光強度對垂直入射光強度的百分比[14]。煤中的鏡質(zhì)體是一組富氧的顯微組分，由同泥炭成因有關(guān)的腐殖質(zhì)組成。干酪根的熱解過程與煤中鏡質(zhì)體的演化過程相同，其基本成分為鏡質(zhì)體碎片和非晶質(zhì)有機物，主要來源于陸生高等植物碎片。鏡質(zhì)體的核為芳香苯環(huán)，當有機質(zhì)變質(zhì)程度低時, 芳香苯環(huán)核是無定向排列的, 堆積比較松散,測得的反射率就低;隨著演化程度增高, 芳香苯環(huán)縮合程度加大,增長為更大的結(jié)構(gòu)單元, 非芳香組分減少。因此芳香苯環(huán)排列越定向,堆積越緊密,就越光滑, 測得的反射率增高，而且芳香苯環(huán)定向排列的過程不可逆性。

盆地的熱演化過程與大地熱流、沉積物埋藏和巖石熱導率有關(guān)。單位時間內(nèi)流經(jīng)地表單位面積的熱流量稱為大地熱流[15]，是地球內(nèi)熱通過地表可以直接測量得到的物理量。巖石熱導率指沿熱傳導方向在單位厚度巖石兩側(cè)的溫度差為 1 ℃時單位時間內(nèi)所通過的比熱流量。大地熱流一般用經(jīng)典的高斯一維模型描述，該模型不考慮橫向流體對熱狀態(tài)的影響。大地熱流值是地溫梯度與熱導率的積。地溫梯度[15]指地層每增加一定深度段（或單位深度）時溫度升高的幅度，它是表示地球內(nèi)部溫度不均勻分布程度的參數(shù)，一般埋深越深處的溫度值越高。地溫梯度的變化反映盆地熱狀態(tài)的變化，引起地溫梯度改變的原因往往是大地熱流的變化。

利用一定地質(zhì)時期的地溫梯度與埋藏深度就可以得到某個埋深的地溫。從某種程度上說，沉積物中鏡質(zhì)體的反射率值，是該鏡質(zhì)體加熱過程的積分，是溫度與時間的函數(shù)。也就是說我們知道大地熱流值和埋藏史，我們就可以推導出鏡質(zhì)體反射率的值。埋藏史是指隨著盆地沉降充填使得沉積物不斷被充填壓實，之后盆地抬升地層沉積間斷或遭受剝蝕，這樣反復進行的埋藏過程。因此，在埋藏史確定之后，才可以使用鏡質(zhì)體反射率反向揭示盆地熱演化過程。

4 鏡質(zhì)體反射率的實驗方法

4.1 測定方法

鏡質(zhì)體反射率值是指在顯微鏡下，鏡質(zhì)體拋光面的反射光強度與垂直入射光強度的百分比。其原理是光電倍增管所接受的反射光強與其光電信號成正比，在顯微鏡下用一定強度的入射光照射時，對比鏡質(zhì)體和已知反射率的標準片的光電信號值而加以確定（如圖9）。

鏡質(zhì)體反射率的公式為:

式中: I0—反射光強度；

I —入射光強度。

鏡質(zhì)體反射率的測定使用的是最大反射率法和隨機反射率法。

常規(guī)最大反射率法:

在偏光及常溫（23 ℃）下，Ne = 1.518的浸油中，在波長為(546±5)nm的綠色光下進行測定。樣品可以是煤粒任意定向的煤磚光片或垂直層面或斜交層面磨制的塊煤光片。測點選定之后，緩慢地旋轉(zhuǎn)載物臺360°，記錄最大反射率讀數(shù)即為最大反射率。由于煤中鏡質(zhì)組反射率有差異，因此必須在謀片上測得均勻分布的足夠的點數(shù)，取其平均值，叫做平均最大反射率這是國際標準草案中推薦的方法。

在測最大反射率時，在樣品轉(zhuǎn)動中也一可記錄到一個最小值。最小值是在垂直于最大值方位上測得的。如果徉品是垂直煤層層面的塊煤光片，這個最小值就是真正的最小反射率，其平均值叫平均最小反射率如果樣品是斜交層面的塊煤光片或煤磚光片，這個值叫平均近似最小反射率根據(jù)塊煤光片中測得的平均最大和最小反射率可計算出平均反射率和隨機反射率（或體積反射率，即

隨機反射率法

測定隨機反射率有兩種方法;一種是國際標準草案中推薦的方法，即不用偏光鏡，不轉(zhuǎn)動物臺，在煤磚光片中測定鏡質(zhì)組隨機反射率。大量讀數(shù)的平均值叫隨機反射率。被稱為非偏光下測定的平均反射率(average reflectance)。后來，Hevia & virgos (1977)引入“隨機反射率”(random&reflectance)一詞，被國際標準化組織采用，改稱為隨機反射率法。另一種是在偏光下，不轉(zhuǎn)動物臺測定的反射率也稱之為隨機反射率。美國、蘇聯(lián)及國內(nèi)的一些煤巖工作者也采用這種方法。已經(jīng)證明，煤磚光片中測定的平均隨機反射率與入射光的偏振程度無關(guān)，但是為了減少由光學各向異性引起的鏡質(zhì)組反射率的分散，提高測量精度，最好在非偏光下進行測定。

平均隨機反射率可以用經(jīng)驗式轉(zhuǎn)換成

4.2 制樣

推薦全巖光片法，將樣品粉碎、膠泥、凝固、拋光。

4.3 數(shù)據(jù)的校正

由于鏡質(zhì)體反射率測值受外界或自身的影響，可能出現(xiàn)抑制或增大，發(fā)現(xiàn)異常時需要校正。目前最常用，準確率較高的鏡質(zhì)體反射率值校正法是烴源巖有機質(zhì)多組分顯微熒光探針(FAMM)分析技術(shù)方法。1989-1991年間，Wilkins博士及其科研小組研究并建立了 FAMM( Fluorescence Alteration of Multiple Macerals)技術(shù)。它是現(xiàn)行解決烴源巖鏡質(zhì)體反射率抑制較為有效方法，主要針對烴源巖中鏡質(zhì)體反射率受抑制或增強，烴源巖中鏡質(zhì)體含量低或不好辨識的情況。為盆地模擬和烴源巖評價等方面提供了大量有機質(zhì)成熟度參數(shù)。

FAMM技術(shù)拋開了烴源巖中對鏡質(zhì)體的依賴，測定樣品中各種顯微組分的熒光強度I400(使用激光照射400 s后的熒光強度)，并得出R(I400/I0),I0為顆粒初始熒光強度。將測出的值落在標準圖版上（圖10）并擬合成曲線。標準圖版是Wilkins博士經(jīng)過大量實驗建立起來的。如果擬合曲線的頂點與標準圖版中的J曲線（實線）相交，則鏡質(zhì)體反射率沒有受到抑制。如果擬合曲線的頂點在J曲線（實線）右側(cè)，表明鏡質(zhì)體反射率富氫受到了抑制。反之，如果擬合曲線頂點與J曲線（實線）左側(cè)，說明鏡質(zhì)體反射率異常增大。受抑制或增大的值為標準圖版中與擬合曲線頂點相交的曲線（虛線）上標準的數(shù)值（如圖10）。

5 鏡質(zhì)體反射率法的分析應用

5.1 以鏡質(zhì)體反射率法為基礎(chǔ)分析烴源巖生烴模式

干酪跟的熱解過程與鏡質(zhì)體的演化過程相符合，所以鏡質(zhì)體反射率和成巖作用關(guān)系密切，熱變質(zhì)作用越深，鏡質(zhì)體反射率越大。在生物化學生氣階段，鏡質(zhì)體反射率的值較低，隨著埋藏深度逐漸變大。熱催化生油氣階段和熱裂解生濕氣階段，反射率增加較快，至深部高溫生氣階段，鏡質(zhì)體反射率繼續(xù)增加。所以利用鏡質(zhì)體反射率，可以預測油氣的分布（表1）。

不同類型的干酪根化學結(jié)構(gòu)也有差異，致其成熟時間有所不同，因而在使用鏡質(zhì)體反射率判斷有機質(zhì)的成熟度時，對不同類型的干酪根應有所區(qū)別（圖11）。

5.2 鏡質(zhì)體反射測量的應用

鏡質(zhì)體反射率測量可按深度函數(shù)繪圖而給出Ro剖面。Ro曲線的斜率代表盆地的古地溫梯度，指示有機質(zhì)隨時間的一種指數(shù)演化[16,17]。

Robert(1988)將沉積盆地Ro剖面劃分了四種主要類型(圖12):①正態(tài)亞線性，表明了地溫梯度隨時間呈連續(xù)而近于恒定的變化；②不同地溫梯度的兩個時期；③突變型，強烈的熱擾動后轉(zhuǎn)為正常；④中等，居于②，③型之間。

斜率不同的兩個線段表明存在兩期不同的地溫梯度。這可能是在斜率間斷點的相應時間發(fā)生熱“事件”的結(jié)果。在沉積盆地內(nèi)，往往存在地層不整合面。R0剖面如果包含由Ro值的突然中斷或跳動引起的兩個線段錯動，該跳動值可能對應著有較大地層間斷的不整合。

5.3 使用鏡質(zhì)體反射率法進行熱模擬的分析方法

5.3.1 Lerche擬合計算法

1984年 Lerche等從盆地地溫資料及現(xiàn)今熱流入手，反推古熱流史和古地溫史。

設(shè)有n個不同深度的實測鏡質(zhì)體反射率Romi，對應的埋藏深度為Hi，地質(zhì)年齡為ti，其中i＝1，2，…，n。為了計算鏡質(zhì)體反射率值，Lerche首先根據(jù)化學動力學原理建立了時間—溫度積分TTI。

式中Tc為臨界溫度(295 K)；TD為標準化參數(shù)TD＝200 K；t為鏡質(zhì)體沉積后所經(jīng)歷的時間，Ma；T(H,t)為鏡質(zhì)體在地史過程中所經(jīng)歷的溫度史；TTI(t)為鏡質(zhì)體沉積后經(jīng)t時間達到的時間一溫度積分值。

對應于每一個實測的鏡質(zhì)體反射率值都可以計算出一個時間一溫度積分值。其方法是首先恢復出該鏡質(zhì)體樣品所在地層的埋藏史和地溫史，然后沿著埋藏史曲線的軌跡按上式計算出了TTI值。TTI值與理論鏡質(zhì)體反射率值的關(guān)系則通過實測鏡質(zhì)體反射率值聯(lián)系起來。即:

式中Roi為地表或原始鏡質(zhì)體反射率值，一般取Roi為0.2%。

5.3.2 化學動力學模型Easy%Ro模型

Easy%Ro模型是Burnham和Sweeney于1989年提出的化學動力學模型，其反應活化能采用頻帶分布，即將Ro的成熟過程視作為若干個平行反應，并通過實測數(shù)據(jù)建立了Ro與降解率之間的關(guān)系（VITRIMAT模型）。1990年進行了簡化改進，稱Easy%Ro模型。

使用Easy%Ro模型模擬熱史的步驟為：（1）選擇有Ro資料的井，經(jīng)過壓實校正、剝蝕厚度等計算重建地層埋藏史[18,19]。（2）假定盆地熱史，結(jié)合埋藏史得到的各地層底界的深度得到古地溫。（3）利用Easy%Ro模型計算各地層的Ro值，最終得出各地層底界的Ro現(xiàn)今值。（4）與實測Ro值對比，視擬合效果重復上述過程，直到滿意為止。

Easy%Ro=exp(3.7Fk-1.6) 其中F為第k個埋藏點化學動力學反應程度

式中:fi第i種反應的權(quán)系數(shù)，i=1，2，...，20；tk某地層底界的第k個埋藏點的埋藏時間，Ma；Tk某地層底界的第k個埋藏點的古地溫，℃。

式中:A為頻率因子，其值為1×1013 s-1；Ei為活化能，kcal/mol；R為氣體常數(shù)，1.986 cal/（mol·K）；a1，a2，b1，b2為常數(shù)。

5.4 鏡質(zhì)體反射率法恢復地層剝蝕厚度的分析方法

1977年，Dow提出使用鏡質(zhì)體反射率估算剝蝕量的方法。具體方法如圖13所示。

圖中成熟度剖面顯示地層剝蝕前的Ro記錄還沒有被新的地溫場改造，間斷面之上地層中最底部N點的Ro%值為0.62，間斷面之下地層最頂部M點的Ro%值為0.94，其差值0.32被視為地層剝蝕造成的Ro值不連續(xù)，使用剝蝕面上下相鄰地層Ro值不連續(xù)推算剝蝕量。1989年，何生、王青玲上述方法改進，依據(jù)間斷面之下地層中保留下來的剝蝕前的成熟度剖面趨勢線，將其上延至古地表附近的R最小值即0.20%處，則該點在成熟度剖面中所代表的深度值為剝蝕前古地表相對于現(xiàn)今地表的深度，其與間斷面所在深度的差值即為地層剝蝕厚度。

5.5 鏡質(zhì)體反射率法在其他方面的分析應用

1997年，付廣等建立了泥巖排替壓力與鏡質(zhì)體反射率之間的函數(shù)關(guān)系。Pd=ARo+B利用鏡質(zhì)體反射率資料求取泥巖排替壓力, 不僅可以把蓋層評價從剖面擴展到平面, 而且還可以消除利用孔隙度、埋深求取排替壓力時地層缺失造成的影響,是一種較為有效的蓋層封閉能力研究方法。

6 鏡質(zhì)體反射率法的優(yōu)缺點及發(fā)展方向

6.1 鏡質(zhì)體反射率法的優(yōu)缺點

鏡質(zhì)體反射率作為應用最廣泛的有機質(zhì)熱演化指標，鏡質(zhì)體反射率具有其他參數(shù)無法替代的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在:

①鏡質(zhì)體反射率是一種非常重要的反應有機質(zhì)成熟度的指標，并且是目前非常穩(wěn)定的，可進行大量的橫向?qū)Ρ取?/p>

②對鏡質(zhì)體反射率多種動力學模型的深入研究，現(xiàn)在已經(jīng)有條件將這些模型與其他古溫標模型進行大規(guī)模的計算模擬。

③鏡質(zhì)體反射率本身具有不可逆性，且其成熟度可量化，所以在盆地熱史分析和模擬中具有重要作用。

同時，使用鏡質(zhì)體反射率也存在許多問題，了解這些問題，可以讓我們及時校正不準確的值，更好地利用它。

它的主要問題體現(xiàn)在:

①鏡質(zhì)體反射率被抑制或異常增大[1,20,21]導致Ro值異常。鏡質(zhì)體受自身富氫等原因，或受環(huán)境如高壓或圍巖等因素的影響，甚至含有有機質(zhì)的母質(zhì)不同[22]，都可能導致對Ro測值的準確性。

②樣品采集與處理這個環(huán)節(jié)主要受人為因素的影響。可能的因素包括:樣品采集不準確；對于巖屑樣品，可能受到鉆井施工過程的人為污染；制片過程中，由于濕度過高或膠結(jié)物與樣品發(fā)生化學反應，均可影響到反射率數(shù)據(jù)的準確性[22]。

6.2 鏡質(zhì)體反射率法發(fā)展方向

鏡質(zhì)體反射率的發(fā)展與其他地學類方法相類似，朝微觀化和系統(tǒng)化兩方向發(fā)展。

當Ro值分布的直方圖呈雙峰或多峰分布時，如果Ro值代表煤的變質(zhì)程度，是評價煤種類為純煤或混煤較好的指標，并已有較成熟的應用。在指示沉積巖中有機質(zhì)的成熟程度方面，它代表鏡質(zhì)體不同的類型及來源[23]，可以使用目前新興的電子探針技術(shù)等加以佐證，分析苯環(huán)的疊加方式，試恢復鏡質(zhì)體來源。還可根據(jù)不同類型鏡質(zhì)體在相同時間，相同溫度下達到的成熟度不同推斷有機質(zhì)的受熱時間。

由于鏡質(zhì)體反射率的不可逆性以及穩(wěn)定記錄盆地最高古地溫的優(yōu)勢，被做為重要的定量地溫計在研究沉積盆地熱史反演等方面具有不可替代的作用。但也存在一些不足，比如在重建盆地熱史時不能反映樣品所承受的最新的、最大熱事件的溫度，也無法反映達到最高溫度后的具體泠卻過程。鏡質(zhì)體反射率需要與磷灰石裂變徑跡、流體包裹體等結(jié)合起來研究盆地熱演化史，目前已有學者在這個領(lǐng)域取得了成績。鏡質(zhì)體反射率結(jié)合古溫標將發(fā)展的越來越系統(tǒng)化，爭取更大的應用空間。

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Research Status of Vitrinite Rreflectivity

KONG Wei-si1，F(xiàn)ANG Shi1，YUAN Wei3，WANG Kai1，NIE Jing-qi2，HOU Ji-sheng2
（1. College of Earth Science, Jilin University, Jilin Changchun 130021，China；2. The Second Geological Survey in Jilin Province, Jilin Jilin 132013，China 3. Sinopec jiangsu oilfield geophysical exploration research institute, Jiangsu Nanjing 210046，China）

Vitrinite reflectivity varies directly as the heat it receives, which is irreversible and stable. The vitrinite reflectivity was firstly used in anthracology field and later was regarded as important digital staff to analysis models of source rock. In this paper, the fundamental principle, experimental processes and data correction of the above method were described as well as its application in studying the thermal history of a basin. The method applied in thernal field began by simple engraving method and now develops into using complex computational simulation. Lerche calculation method and easy Ronumerical simulation are considered as classical model because they recover more exactly either in the thermal history of a basin or in the respect of the highest temperature that the basin has experienced. Besides, we can recover the eroded thickness by using discrete Rovalues in stratum. By the same way, we can also analyze basin's types and displacement pressure. At present, the vitrinite reflectivity develops into the directions of micro and systematicness.At first, we learn the difference and different sources of aromatic benzene by bimodal or unimodal histogram, explaining its heating process by quantitative interpretation.Secondly, we use the advantage of irreversibility and stability of recording basin thermal events. Cooperated with other geologic thermometers，they restrict each other in order to reveal its heating process.

vitrinite reflectivity；principles；experimental method；thermal history；dedudation quantity

TE 122

: A

: 1671-0460（2015）05-1020-09

國家自然科學基金項目(41472173);國家重大油氣專項(ZP-Y-01); 準噶爾盆地外圍西部油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查;國土資源部公益性行業(yè)科研專 項經(jīng)費項目(201311111); 吉林大學創(chuàng)新團隊建設(shè)項目(201004001);吉林大學基本科研業(yè)務(wù)費平臺基地建設(shè)項目。

2014-12-09

孔偉思（1982-），男，吉林吉林人，助理工程師，碩士研究生，2015年畢業(yè)于吉林大學地球科學學院礦物學、巖石學、礦床學專業(yè)；研究方向：油氣綜合評價。E-mail：746821305@qq.com。

方石（1974-），男，副教授，博士后, 研究方向：油氣勘探、沉積學、構(gòu)造熱年代學。E-mail：fs812625@vip.sina.com。