21交叉网格显微计数法在分散有机质(DOM)显微组分定量分析中的标准化应用与效率提升研究

针对传统煤岩学点计数法在低TOC样品分散有机质(DOM)分析中效率低下、缺乏标准化的难题，本研究提出并验证了21交叉网格(DOM)点计数法。该方法通过优化网格密度(21交叉点/60μm区域)和计数流程(≥300视域)，将单样分析时间缩短68%(1.0小时)，获得6300个数据点，实现与TOC体积百分比的高相关性(R2>0.80)，为烃源岩评价、固体沥青表征等应用提供了高效可靠的新标准。

　　

【研究背景】
在能源地质和古环境研究领域，分散有机质(Dispersed Organic Matter, DOM)的定量分析一直是揭示烃源岩潜力、重建古沉积环境的关键技术。自1930年代点计数法(Point Counting)问世以来，国际标准化组织(ISO)和美国材料试验协会(ASTM)建立的煤岩学分析标准(如ISO 7404、ASTM D2797/D2799)长期主导着显微组分(maceral)的定量研究。然而随着研究对象的扩展，这些为高有机碳含量(40-90% TOC)煤样设计的方法，在分析低TOC(<10%)的页岩、泥岩等样品时暴露出严重缺陷：单样分析耗时长达15.4小时，且因DOM与矿物基质的稀疏分布导致数据代表性不足。更棘手的是，各实验室为适应DOM分析进行的临时方法修改缺乏统一性，计数点数从100至2000不等，甚至部分研究未报告计数标准，严重制约了数据的可比性和可靠性。

【研究方法】
丹麦奥胡斯大学岩石圈有机碳(LOC)实验室的Hamed Sanei团队开发了创新性的21交叉网格(21-crosshair grid)DOM点计数法。该方法采用直径60μm区域密集排布21个交叉点的网格系统(500×放大倍数)，要求计数≥300个所有交叉点均落在样品颗粒上的有效视域(共6300个数据点)。研究通过理论计算比较了与传统方法的效率差异，并以阿根廷Vaca Muerta组和丹麦北海Lark组页岩为案例，验证了该方法在烃源岩评价、固体沥青表征等场景的应用效果。相关成果发表于《International Journal of Coal Geology》。

主要技术包括：

1. 21交叉网格系统集成于Discus-Fossil显微镜平台；
2. 反射光/荧光双模式显微分析(50×油镜)；
3. 标准化样品制备(63μm-1mm粒径范围)；
4. 300视域系统扫描策略(200μm步长)；
5. 显微组分分类遵循ICCP标准。

【研究结果】
2. 点计数法90年发展历程
梳理1930-2020年代点计数标准的演变，揭示传统方法在DOM分析中的三大局限：ISO单交叉系统效率低下；ASTM四点网格忽略小颗粒；边界判定标准不统一。量化计算显示传统方法分析低TOC页岩需15.4小时，而新方法仅需1.0小时。

1. 21交叉网格DOM点计数法
   创新性提出：

• 网格密度：21交叉点/60μm区域，较ASTM四点网格捕获面积提升425%
• 计数规则：仅选择全交叉点落于颗粒的视域，避免主观判断
• 终止标准：300有效视域(覆盖66%样品表面积)
  效率验证显示分析时间从2.5小时降至1.0小时，且因密集网格更准确反映组分真实面积比例。

1. 案例应用
   4.1 显微组分相对比例
   在加拿大纽芬兰侏罗系烃源岩中，成功量化镜质体(vitrinite)、惰质体(inertinite)等组分比例，建立与生烃潜力的关联。

4.2 全岩体积百分比
瑞典Alum页岩研究实现固体沥青三类亚型(diagenetic/IOSB/POSB)的体积定量，揭示热侵入事件的影响程度。

4.3 显微组分组合体积相关性
关键突破：

• 阿根廷Vaca Muerta组：镜质体+惰质体+固体沥青体积%与TOCvol%相关性R²=0.80
• 丹麦Lark组：腐殖组(huminite)+壳质组(liptinite)组合与TOCvol%相关性R²=0.98，斜率1.12
  重复实验证实方法稳定性(图8)，17个样品复测差异<±2%。

【结论与意义】
本研究建立的21交叉网格DOM点计数法，通过创新性网格设计(21点/60μm)和标准化流程(300视域)，成功解决传统方法在低TOC样品分析中的效率与精度瓶颈。相较于ISO标准：

1. 时间效率提升68%，单样分析仅需1小时；
2. 数据量达6300点，显著增强统计可靠性；
3. 实现全岩体积百分比精确测定，与TOCvol%相关性R²>0.80。

方法论价值在于：

• 为DOM显微组分定量建立首个标准化框架
• 兼容反射光/荧光双模式分析
• 已集成于商用Hilgers Discus-Fossil系统
  应用层面支撑了烃源岩评价、固体沥青演化研究等前沿领域，特别适用于页岩油气勘探中的快速储层质量评估。未来需开展多实验室复现研究以验证普适性。