劉丹 湯軍* 梁兵 段宏亮 張昌民

(1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225000)

0 引言

蘇北盆地高郵凹陷位于東臺拗陷中部，整體布局呈南斷北超的箕狀斷陷結(jié)構(gòu)。阜四段(E1F4)沉積相主要為深-半深湖，沉積了大套深灰、灰黑色泥巖，夾泥灰?guī)r，油頁巖，使該套有效烴源巖具有良好的生油能力。前人的油源對比分析表明，高郵凹陷戴南組，三垛組和鹽城組的油氣來源主要與阜四段的源巖有關(guān)[1,2]。本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，對有機(jī)質(zhì)豐度(TOC)，有機(jī)質(zhì)成熟度(RO)，地層溫度，殘留地層厚度，暗色泥巖厚度等利用主成分分析法(Principal Component Analysis，PCA)確定權(quán)重，再通過加權(quán)指數(shù)疊加法進(jìn)行疊加分析，以得到油氣形成的有利區(qū)域。

1 阜四段烴源巖生油能力數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

為得到更加精確的研究結(jié)果，本文綜合前人研究總結(jié)出5 個(gè)影響因素作為研究油氣富集有利區(qū)域的評價(jià)指標(biāo)[2,3]，分別是X1有機(jī)質(zhì)豐度，X2有機(jī)質(zhì)成熟度，X3暗色泥巖厚度，X4地層溫度，X5殘留地層厚度。本文將把高郵凹陷研究區(qū)域內(nèi)收集到的68 口井的評價(jià)指標(biāo)作為原始數(shù)據(jù)。

2 主成分分析法確定權(quán)重值

主成分分析法是在保證原始信息不缺失或缺失最少的情況下用少數(shù)的不相關(guān)的綜合指標(biāo)表示多數(shù)的相互關(guān)聯(lián)的指標(biāo)方法[4]。主成分分析法確定權(quán)重的思想是將主成分的方差貢獻(xiàn)率作為指標(biāo)權(quán)重，再對該指標(biāo)在各主成分線性組合中的系數(shù)的加權(quán)平均歸一化[4]。

運(yùn)用Spss 軟件中降維模塊中的主成分分析功能處理表1中的評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)， 得到各主成分的方差貢獻(xiàn)率及特征值，如表1 所示，其中根據(jù)方差貢獻(xiàn)率大于80%的原則提取前2 個(gè)主成分， 兩個(gè)主成分的成份矩陣見表2，由表2 可知第一主成分和第二主成分對原來指標(biāo)的載荷數(shù)。

表1 方差貢獻(xiàn)率及特征值

表2 成分矩陣

2.1 指標(biāo)在各主成分線性組合中的系數(shù)

由表1 可知第一主成分的特征值是3.034，第二主成分的特征值是1.007，用表2 中的數(shù)據(jù)分別除以表1 中的特征值的開方得到的兩個(gè)主成分線性組合如公式(1)。第一主成分中X2，X3，X4和X5的系數(shù)相當(dāng)且遠(yuǎn)大于X1的系數(shù)，說明第一主成分由X2鏡質(zhì)體反射率，X3暗色泥巖厚度，X4地層溫度，X5殘留地層厚度共同影響。第二主成分中X2，X3，X4和X5系數(shù)雖然相當(dāng)，但是遠(yuǎn)小于X1的系數(shù)，說明第二主成分主要受X1有機(jī)質(zhì)豐度影響。

2.2 主成分的方差貢獻(xiàn)率

方差貢獻(xiàn)率越大該主成分的重要性就越強(qiáng)，因此方差貢獻(xiàn)率可以看成不同主成分的權(quán)重[4]。由表1 知第一主成分的方差貢獻(xiàn)率是60.685，第二主成分的方差貢獻(xiàn)率是20.145。兩個(gè)主成分可以取代原來的5 個(gè)評價(jià)指標(biāo)，所以兩個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率可看作權(quán)重，將評價(jià)指標(biāo)在兩個(gè)主成分線性組合中的系數(shù)分別與兩個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率相乘并相加，再除以兩個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率之和得到指標(biāo)權(quán)重。

2.3 指標(biāo)權(quán)重的歸一化

因?yàn)槿恐笜?biāo)的權(quán)重之和為1，所以將指標(biāo)權(quán)重歸一化獲得客觀權(quán)重Wp= (0.22，0.20，0.19，0.16，0.23)。

由表3 可知，高郵凹陷阜四段地層中，影響烴源巖的生烴能力的因素按權(quán)重大小排序，分別為殘留地層厚度，地層溫度，暗色泥巖厚度，有機(jī)質(zhì)成熟度，有機(jī)質(zhì)豐度。從權(quán)重?cái)?shù)值可看出有機(jī)質(zhì)成熟度，有機(jī)質(zhì)豐度，殘留地層厚度，暗色泥巖厚度，地層溫度對烴源巖的生烴能力的影響百分比相當(dāng)，說明這些評價(jià)指標(biāo)一起影響烴源巖的生烴能力。

表3 指標(biāo)權(quán)重

3 加權(quán)指數(shù)疊加法綜合分析

加權(quán)指數(shù)疊加分析(WIOA)可以將一個(gè)通用的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于不同的評價(jià)數(shù)據(jù)，從而創(chuàng)建一個(gè)綜合分析[5]，即其可以將測量標(biāo)準(zhǔn)不一樣的評價(jià)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)分析。這種方法的有效性在于可根據(jù)評價(jià)指標(biāo)對產(chǎn)出的相對貢獻(xiàn)，為各個(gè)指標(biāo)圖層及其類分配權(quán)重并進(jìn)行綜合分析。

本文根據(jù)對油氣生成影響的重要性，在Arcmap 軟件中編制了有機(jī)質(zhì)成熟度，暗色泥巖厚度，殘留地層厚度，地層溫度，有機(jī)質(zhì)豐度等影響參數(shù)的多個(gè)專題圖層，并根據(jù)其對油氣富集的相對貢獻(xiàn)通過重新分類重新分配了各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值。利用這種適宜性模型，確定了合適的區(qū)域，其中具有較高值的類別表示蘇北盆地高郵凹陷阜四段地層油氣生成的有利區(qū)域。

圖1 是用本文方法所做的阜四段油氣有利生成區(qū)的等值線圖，從圖中可以看出，邵伯、真武、曹莊和富民地區(qū)是油氣生成最有利地區(qū)， 其次是黃玨、馬家嘴、永安、花莊和周莊地區(qū)。有利油氣形成區(qū)域的分布與現(xiàn)今的油氣分布趨勢基本一致，說明利用主成分分析法與加權(quán)指數(shù)疊加法相結(jié)合分析油氣生成有利區(qū)的合理性和可行性。

圖1 高郵凹陷阜四段生油效率等值線圖

4 結(jié)語

本文基于主成分分析法確定了影響高郵凹陷阜四段地層中烴源巖生油因素的權(quán)重大小，有機(jī)質(zhì)成熟度，有機(jī)質(zhì)豐度，殘留地層厚度，暗色泥巖厚度，地層溫度對烴源巖的生烴能力的影響相當(dāng)，均為油氣富集評價(jià)的重要影響因素。

通過本文方法確定的有利油氣形成區(qū)域與現(xiàn)今的油氣分布基本一致，邵伯、真武、曹莊和富民地區(qū)是油氣生成最有利地區(qū)，其次是黃玨、馬家嘴、永安、花莊和周莊地區(qū)。