劉尚平 李希建

摘 要：為了對(duì)貴州牛蹄塘組頁(yè)巖氣有利區(qū)塊進(jìn)行優(yōu)選，依據(jù)貴州牛蹄塘組10個(gè)不同地區(qū)頁(yè)巖氣井或剖面的頁(yè)巖儲(chǔ)層的有機(jī)碳含量（TOC），有機(jī)質(zhì)成熟度（RO），脆性礦物、黏土礦物、孔隙率、滲透率6個(gè)特征參數(shù)。采用SPSS 21.0軟件對(duì)頁(yè)巖氣區(qū)塊進(jìn)行因子分析，通過(guò)降維的方法，提取出二個(gè)相互獨(dú)立的影響因子，分別為生烴因子和儲(chǔ)集因子。根據(jù)主成分加權(quán)得分得出各個(gè)地區(qū)的綜合得分，通過(guò)分值得出德江、松桃等地區(qū)頁(yè)巖氣富集條件較好，是頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的有利區(qū)。該方法為頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：有利區(qū)；因子分析；頁(yè)巖氣；富集；牛蹄塘組

中圖分類(lèi)號(hào)：F 407.22

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7312（2018）02-0220-05

Abstract：In order to evaluate the shale gas favorable regions of Niutitang formation in Guizhou，according to the TOC，RO，brittle minerals，clay minerals，porosity，permeability of six characteristic parameters in 10 different shale gas regions of the Niutitang formation in Guizhou，the SPSS 21.0 software was used to analyze the shale gas regions，and two independent factors were extracted through dimension reduction，which were hydrocarbon generation factor and reservoir factor.According to the principal component weighted score，it is concluded that the shale gas enrichment conditions in Dejiang，Songtao and so on is favorable regions for shale gas exploration and development through comprehensive score.This method provides theoretical guidance for the exploration and development of shale gas.

Key words：favorable regions；factor analysis；shale gas；enrichment；Niutitang Formation

0 引 言

頁(yè)巖氣是一種以富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為氣源巖、儲(chǔ)層及封蓋層，并不斷供氣、持續(xù)聚集而形成的連續(xù)聚集天然氣藏[1]，也是一種清潔的非常規(guī)能源[2]。貴州地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組黑色頁(yè)巖分布面積廣泛、厚度較大、成熟度好，是貴州目前最有利的頁(yè)巖氣勘探層位之一[3]。但由于貴州頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)尚處于探索階段，對(duì)頁(yè)巖氣富集的主控因素分析較淺，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的各個(gè)因素對(duì)頁(yè)巖氣的影響也不明確，對(duì)頁(yè)巖氣的“甜點(diǎn)區(qū)”選擇缺乏系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[4]，嚴(yán)重制約了貴州牛蹄塘組頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。因此，結(jié)合頁(yè)巖氣成藏主控因素，對(duì)其進(jìn)行因子分析，根據(jù)主成分加權(quán)得分得出頁(yè)巖井或剖面的綜合得分并進(jìn)行排名，選出頁(yè)巖氣的有利勘探區(qū)，對(duì)貴州牛蹄塘組頁(yè)巖氣的資源勘探開(kāi)發(fā)提供參考。

1 影響頁(yè)巖氣富集的因素

在頁(yè)巖氣形成中，有機(jī)碳含量（TOC）對(duì)頁(yè)巖的生烴能力、生烴強(qiáng)度起到了決定性作用，有機(jī)質(zhì)的演化階段不同會(huì)影響其生烴產(chǎn)氣量的程度，決定了頁(yè)巖產(chǎn)烴的可能性[5]。頁(yè)巖的脆性礦物，有利于裂縫生成和后期的壓裂，在開(kāi)采過(guò)程中能取得良好的儲(chǔ)層改造效果，頁(yè)巖黏土礦物具有較強(qiáng)的吸附力，是頁(yè)巖氣的主要吸附場(chǎng)所，另外，黏土礦物內(nèi)部易于形成孔隙，有利于頁(yè)巖氣的儲(chǔ)存[6]。但這些因素并不是單一對(duì)頁(yè)巖氣的富集產(chǎn)生影響，它們之間相互作用，因此通過(guò)傳統(tǒng)的單一方法來(lái)分析它們對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)集的影響是較為片面的。而因子分析法能很好地避免這種情況，把主要因素歸為一類(lèi)，可靠性較強(qiáng)?；诖耍x取貴州牛蹄塘組10個(gè)典型地區(qū)的頁(yè)巖巖樣井或野外露頭樣品，收集貴州牛蹄塘組頁(yè)巖中TOC，RO、脆性礦物含量、黏土礦物含量、孔隙率、滲透率等數(shù)據(jù)[7-10]，區(qū)域地質(zhì)圖如圖1所示（來(lái)源于文獻(xiàn)[4]，有修改）。

3 有利區(qū)評(píng)價(jià)

3.1 指標(biāo)參數(shù)

根據(jù)前人總結(jié)的頁(yè)巖氣成藏條件，頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)主要受到有機(jī)碳含量（TOC）、有機(jī)質(zhì)成熟度（RO）、脆性礦物含量（主要為石英）、黏土礦物含量等因素的影響。根據(jù)貴州牛蹄塘組不同地區(qū)頁(yè)巖井口或是剖面的TOC，RO，脆性礦物、黏土礦物含量等特征參數(shù)，利用因子分析方法分析生成頁(yè)巖氣的潛力及影響其頁(yè)巖氣的富集條件。以下是貴州牛蹄組不同地區(qū)的頁(yè)巖氣井和露頭的儲(chǔ)層參數(shù)，見(jiàn)表1.

3.2 參數(shù)KMO檢驗(yàn)

由統(tǒng)計(jì)學(xué)家Kaiser給出的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)KMO值等于或大于0.6時(shí)，給予的參數(shù)適合作因子分析，而KMO值越大時(shí)，表示變量間的共同因素就越大，越適合做因子分析。指標(biāo)參數(shù)運(yùn)行時(shí)KMO值是0.668，大于0.6，適合作因子分析。

3.3 降維過(guò)程

利用主成分分析方法，將初始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到相關(guān)矩陣，見(jiàn)表2.

由表3計(jì)算結(jié)果可知，并根據(jù)SPSS 21.0軟件的特征值大于1的提取原則，則可提取前2個(gè)因子（即有機(jī)碳含量TOC，有機(jī)質(zhì)成熟度RO）作為公共因子。從表2中也可知前2個(gè)因子的貢獻(xiàn)率分別為48.160%，35.084%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為83.244%.也就是說(shuō)前3個(gè)因子綜合了全部6個(gè)因子中的83.244%的內(nèi)容，較全面地包含了很大部分的因素，充分地反應(yīng)了參數(shù)選取的基本信息，

所以選取這兩個(gè)因子的模型是可行的。

而由圖2碎石圖分析可知，各個(gè)因子間的連線在第3個(gè)因子以后，坡度比較平緩，且特征值均小于1，而前2個(gè)比較陡峭，特征值在1.5～3之間，同時(shí)表明了取2個(gè)作為公共因子是妥當(dāng)?shù)摹?/p>

為了更能地反映這6個(gè)影響因素之間的聯(lián)系，根據(jù)軟件默認(rèn)的因子旋轉(zhuǎn)方法—最大方差法，對(duì)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)后，使前2個(gè)因子具有更高的載荷，從而更好地對(duì)主因子進(jìn)行解釋?zhuān)渲行D(zhuǎn)后的因子載荷矩陣見(jiàn)表4.

由表4可知，有機(jī)碳含量TOC（X1）和滲透率（X6）在第一因子下載荷很高，分別為0.930和0.814，而黏土礦物含量（X4）載荷較高為-0.829，但根據(jù)SPSS 21.0軟件的原理，要使做因子分析有意義，取值在-1～+1之間，越接近1就越有意義，負(fù)值無(wú)意義[14]，則黏土礦物含量（X4）在第一因子下無(wú)意義。由于TOC是頁(yè)巖氣生烴的基礎(chǔ)，決定著頁(yè)巖氣的生烴能力，而滲透率越高，越有利于頁(yè)巖氣的運(yùn)移，對(duì)頁(yè)巖氣的生成十分有利，因此，第一因子可解釋為生烴因子；有機(jī)質(zhì)熱成熟度RO（X2）、脆性礦物含量（X3）、孔隙率（X5）在第二因子下的載荷也很高，分別為0.826，0.866，0.673，對(duì)應(yīng)解釋為儲(chǔ)集因子。它可以改變頁(yè)巖儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)，當(dāng)脆性礦物含量高時(shí)，極易形成微裂隙和裂縫，且較高的孔隙率能保證較多的頁(yè)巖氣儲(chǔ)存在頁(yè)巖氣孔隙中，對(duì)頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集十分有利。

3.4 依據(jù)因子得分判斷有利勘探區(qū)

由SPSS 21.0軟件自動(dòng)生成的各因子需分情況，再由主因子在總方差中的貢獻(xiàn)率的權(quán)重，用計(jì)算公式6，計(jì)算出各個(gè)井口或剖面的綜合得分值并加以排名，得出有利的頁(yè)巖氣勘探區(qū)。得分越高，該地區(qū)越有利于頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)。而各井口或剖面的綜合得分值、排名見(jiàn)表5.

若以生烴因子F1和儲(chǔ)集因子F2得分值大小表示其影響頁(yè)巖氣富集的多少，并以綜合得分值為正值表示頁(yè)巖氣有利開(kāi)采區(qū)或開(kāi)采水平在平均水平之上，負(fù)值表示頁(yè)巖氣不利開(kāi)采區(qū)或需有待進(jìn)一步勘探的區(qū)域。則由表5可知德江地區(qū)、松桃盤(pán)石、鳳崗地區(qū)的生烴因子（F1）分值大，說(shuō)明德江地區(qū)、松桃盤(pán)石、鳳崗地區(qū)生烴條件較好，松桃盤(pán)石、岑頁(yè)1井儲(chǔ)集因子（F2）分值大，說(shuō)明松桃盤(pán)石、岑頁(yè)1井儲(chǔ)集條件較理想；德江地區(qū)綜合得分值最高，排名第一，松桃盤(pán)石、鳳崗等前6名研究區(qū)域的得分值均為正值，表明德江、松桃等地區(qū)的頁(yè)巖氣開(kāi)采相對(duì)來(lái)說(shuō)是有利的，可以作為有利勘探區(qū)；而仁頁(yè)1井、仁頁(yè)2井、麻江1井及綏陽(yáng)地區(qū)的生烴因子F1，儲(chǔ)集因子F2得分值普遍較低甚至出現(xiàn)負(fù)值，而綜合得分值均為負(fù)值，表明仁頁(yè)1井、仁頁(yè)2井、麻江1井及綏陽(yáng)地區(qū)的生烴條件、儲(chǔ)集條件均不理想，不利于頁(yè)巖氣的開(kāi)采或需有待進(jìn)一步的勘探，這與現(xiàn)場(chǎng)的勘探和專(zhuān)家的研究是相符合的[15-16]。所以，用因子分析法來(lái)分析頁(yè)巖氣富集影響因素以及判定有利開(kāi)采區(qū)是合理、科學(xué)的。

4 結(jié) 論

1）利用SPSS 21.0軟件作因子分析，通過(guò)降維將影響頁(yè)巖氣富集的TOC，RO，脆性礦物、黏土礦物、孔隙率、滲透率6個(gè)影響因素歸納為生烴因子和儲(chǔ)集因子，降低了對(duì)頁(yè)巖氣富集影響因素的分析難度，避免了參數(shù)信息的重復(fù)性。

2）根據(jù)建立的兩個(gè)公因子模型，由公因子的公差貢獻(xiàn)率的比例權(quán)重，有效地避免了傳統(tǒng)方法在權(quán)重確定中存在的主觀因素，得出客觀的因子綜合得分。

3）由綜合得分情況判斷有利的勘探區(qū)與實(shí)際情況相符合。該評(píng)判方法比傳統(tǒng)的評(píng)估手段更具有優(yōu)越性，更能提供充分的信息和判斷，為以后的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)“甜點(diǎn)區(qū)”選擇起到了參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊瑞東，程 偉，周汝賢.貴州頁(yè)巖氣源巖特征及頁(yè)巖氣勘探遠(yuǎn)景分析[J].天然氣地球科學(xué)，2012，23（02）：340-347.

[2] 周立秋，任佳妮，張秀妮.頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)國(guó)際專(zhuān)利情報(bào)分析[J].技術(shù)與創(chuàng)新管理，2014，35（05）：476-480.

[3] 董大忠，程克明，王玉滿，等.中國(guó)上揚(yáng)子區(qū)下古生界頁(yè)巖氣形成條件及特征[J].石油與天然氣地質(zhì)，2010，31（03）：288-299+308.

[4] 郭 曼，李賢慶，張明揚(yáng)，等.黔北地區(qū)牛蹄塘組頁(yè)巖氣成藏條件及有利區(qū)評(píng)價(jià)[J].地質(zhì)與勘探，2015，43（02）：37-43.

[5] 潘 濤，朱 雷，王亞?wèn)|，等.川南地區(qū)龍馬溪組有機(jī)質(zhì)特征及其對(duì)頁(yè)巖氣富集規(guī)律的影響研究[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，2016，22（02）：344-349.

[6] 蒲泊伶，董大忠，耳 闖，等.川南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖有利儲(chǔ)層發(fā)育特征及其影響因素[J].天然氣工業(yè)，2013，33（12）：41-47.

[7] 張 鵬，張金川，黃宇琪，等.黔西北仁頁(yè)2井牛蹄塘組頁(yè)巖特點(diǎn)及含氣評(píng)價(jià)[J].特種油氣藏，2014，21（06）：38-41+142-143.

[8] 閆高原，朱炎銘，王 陽(yáng)，等.貴州鳳岡區(qū)牛蹄塘組頁(yè)巖氣成藏條件分析[J].特種油氣藏，2014，21（06）：75-78+144.

[9] 易同生，趙 霞.貴州下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖儲(chǔ)層特征及其分布規(guī)律[J].天然氣工業(yè)，2014，34（08）：8-14.

[10]張志平，程禮軍，曾春林.貴州綏陽(yáng)地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖氣地質(zhì)特征及勘探方向[J].海相油氣地質(zhì)，2015，20（04）：38-42.

[11]俞佳立，錢(qián)芝網(wǎng).長(zhǎng)江三角洲城市群經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平分析——基于因子分析模型[J].技術(shù)與創(chuàng)新管理，2017，38（02）：150-154.

[12]周 勇，李苗苗.基于因子分析法的區(qū)域高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)集群核心競(jìng)爭(zhēng)潛力研究——以關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)為例[J].技術(shù)與創(chuàng)新管理，2016，37（06）：629-633.

[13]李文琴，王 佳，李 玲.基于因子分析和聚類(lèi)分析的技術(shù)創(chuàng)新能力研究——以陜西省為例[J].技術(shù)與創(chuàng)新管理，2014，35（02）：103-108.

[14]張文彤.SPSS統(tǒng)計(jì)分析高級(jí)教程[M].北京：高等教育出版社，2013.

[15] 郭 慧，王延斌，張崇崇，等.貴州下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖氣成藏條件與有利區(qū)分析[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，34（4）：491-497.

[16]岳來(lái)群，康永尚，陳清禮，等.貴州地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖氣潛力分析[J].新疆石油地質(zhì)，2013，34（02）：123-128.

（責(zé)任編輯：許建禮）