文必龍 王 琰

（東北石油大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院 大慶 163318）

1 引言

圈閉評(píng)價(jià)工作是在分析圈閉地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，以油氣成藏理論為指導(dǎo)，以油氣勘探數(shù)據(jù)庫(kù)為依托，開(kāi)展圈閉地質(zhì)地質(zhì)有效性、資源量規(guī)模、經(jīng)濟(jì)效益等方面的分析評(píng)價(jià)及綜合優(yōu)選，從而選取最有利圈閉作為鉆探目標(biāo)的一系列綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)工作［1］。圈閉含油氣性評(píng)價(jià)的主要目的是評(píng)價(jià)圈閉的含油氣性及圈閉的優(yōu)劣程度。評(píng)價(jià)參數(shù)的選擇對(duì)圈閉含油氣性評(píng)價(jià)結(jié)果有重要影響。確定評(píng)價(jià)參數(shù)的方法有多種，大多是基于專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，如果不采取科學(xué)有效的方法進(jìn)行篩選分析，可能會(huì)因?yàn)槿藶橹饔^因素影響產(chǎn)生誤差，特別是難以保證各評(píng)價(jià)參數(shù)之間的相互獨(dú)立性，出現(xiàn)參數(shù)重復(fù)或不全面的情況，難以保證參數(shù)體系的科學(xué)性［2］。

評(píng)價(jià)參數(shù)的科學(xué)確定是做好評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，為了使所確定的評(píng)價(jià)參數(shù)既全面又相互獨(dú)立，本文通過(guò)數(shù)據(jù)分析方法，基于圈閉地質(zhì)特征數(shù)據(jù)，從兩個(gè)方面選取評(píng)價(jià)參數(shù)，確定評(píng)價(jià)參數(shù)體系。一方面，利用灰色關(guān)聯(lián)分析，度量各評(píng)價(jià)參數(shù)與評(píng)價(jià)結(jié)果之間的關(guān)聯(lián)程度，保證各參數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果關(guān)聯(lián)程度大；另一方面，通過(guò)評(píng)價(jià)參數(shù)之間的相關(guān)性矩陣分析，篩選出相互獨(dú)立的評(píng)價(jià)參數(shù)，保證各評(píng)價(jià)參數(shù)之間相互獨(dú)立。

2 圈閉含油氣性評(píng)價(jià)及其影響因素

圈閉含油氣性是指圈閉在油氣成藏系統(tǒng)中具備的成藏條件的優(yōu)劣，由圈閉所處地質(zhì)環(huán)境中的多種地質(zhì)因素共同決定，主要反映在兩個(gè)方面：1）圈閉含油氣形成的最基本地質(zhì)條件，包括圈閉特征條件、烴源條件、儲(chǔ)層條件、蓋層條件以及保存條件等；2）圈閉含油氣形成的要素匹配關(guān)系，包括蓋層形成期與烴源大量排烴期的匹配關(guān)系和圈閉形成期與油氣大規(guī)模運(yùn)移期的匹配關(guān)系［3~4］。油氣勘探研究表明，良好的烴源條件、有利的生儲(chǔ)蓋組合以及有效的圈閉間的配合是增大圈閉含油氣性的基本條件［5］。

目前采用的含油氣性評(píng)價(jià)方法大部分都是定性評(píng)價(jià)或半定量評(píng)價(jià)方法。這些方法大致可以分為兩種類(lèi)型，一類(lèi)方法以知識(shí)為驅(qū)動(dòng)，經(jīng)典評(píng)價(jià)方法包括地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)概率法［6］、模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法［7~8］等，主要是利用專(zhuān)家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定圈閉含油氣性評(píng)價(jià)的主要因素及權(quán)重，受到各種人為因素的影響較多，具有一定的主觀性；另一類(lèi)方法以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，根據(jù)油氣勘探過(guò)程中獲得的研究成果和數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘或統(tǒng)計(jì)分析等方法得到圈閉含油氣性的評(píng)價(jià)結(jié)果，例如多元回歸分析法［9］、支持向量機(jī)方法［10］、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法［11］等，這類(lèi)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)客觀，但對(duì)數(shù)據(jù)樣本的要求較高。由于油氣勘探過(guò)程復(fù)雜、圈閉相關(guān)成果數(shù)據(jù)獲取周期長(zhǎng)，且各區(qū)域的地質(zhì)條件各不相同，數(shù)據(jù)資料的充實(shí)程度存在差異，導(dǎo)致有些評(píng)價(jià)方法的實(shí)踐效果大打折扣。基于現(xiàn)有的圈閉含油氣性評(píng)價(jià)方法中評(píng)價(jià)參數(shù)選擇的不足，本文基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法，以圈閉地質(zhì)特征數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析各評(píng)價(jià)參數(shù)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性及關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建圈閉含油氣性評(píng)價(jià)的參數(shù)體系。

3 圈閉含油氣性評(píng)價(jià)參數(shù)體系構(gòu)建的思路與基礎(chǔ)

3.1 研究思路

1）收集整理研究區(qū)內(nèi)油氣勘探相關(guān)的文檔、數(shù)據(jù)庫(kù)等資料，分析并提取與圈閉成藏條件有關(guān)的地質(zhì)參數(shù)；

2）基于油氣成藏基本理論，初步建立圈閉含油氣性評(píng)價(jià)參數(shù)體系；

3）對(duì)評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析和相關(guān)性分析，從兩個(gè)方面篩選出關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)，最終確定圈閉含油氣性評(píng)價(jià)參數(shù)體系。一方面，利用相關(guān)性分析方法篩除相關(guān)性較大的評(píng)價(jià)參數(shù)，避免重復(fù)評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響；另一方面，利用灰色關(guān)聯(lián)分析方法篩選出與評(píng)價(jià)結(jié)果相關(guān)性較大的重要參數(shù)。

3.2 相關(guān)理論基礎(chǔ)

3.2.1 相關(guān)性分析

相關(guān)性分析是量化不同因素間變動(dòng)狀況一致程度的方法。如果兩個(gè)變量的變化方向相同則是正相關(guān)關(guān)系；反之則二者是負(fù)相關(guān)關(guān)系［12~13］。相關(guān)系數(shù)是用以反映樣本參數(shù)之間相關(guān)關(guān)系密切程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。計(jì)算公式如下：

其中，r 為相關(guān)系數(shù)；cov（X，Y）為X 與Y 的協(xié)方差，var（X）和var（Y）分別為X 和Y 的方差。相關(guān)系數(shù)r的取值范圍為［-1，1］，r的絕對(duì)值越大，則表明相關(guān)程度越高。

3.2.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是鄧聚龍教授提出的灰色系統(tǒng)理論［14］的重要內(nèi)容之一，基于灰色關(guān)聯(lián)度理論，是確定指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)主行為的貢獻(xiàn)測(cè)度或各指標(biāo)間的影響程度的方法［15］?；诨疑P(guān)聯(lián)分析原理和圈閉含油氣性評(píng)價(jià)的影響因素，具體分析步驟［16］如下：

1）確定分析序列。確定反映系統(tǒng)行為特征的參考序列和影響系統(tǒng)行為的比較序列。以評(píng)價(jià)結(jié)果為參考序列X0={X0(1),X0(2),X0(3),…}；特征參數(shù)為比較序列Xi={Xi(1),Xi(2),Xi(3),…}(i=1,2,…)。

姑媽說(shuō)楊律師在凌州的律師界挺有名氣的，和你姑父認(rèn)識(shí)好多年了，他會(huì)對(duì)這事負(fù)責(zé)的。玉敏道了謝。兩人穿好衣服，從洗浴中心出來(lái)，天快黑了。玉敏鉆進(jìn)姑媽的奧迪，回到了姑媽家。玉敏在姑媽家里看了看，沒(méi)看出什么跡象。又朝姑媽臥室的床頭柜瞄了瞄，也很正常，沒(méi)什么亂象。玉敏放心了，和姑媽道別。姑媽說(shuō)吃了飯回去吧，玉敏說(shuō)不了，小蟲(chóng)在家等她呢。

2）初始序列無(wú)量綱化。由于系統(tǒng)中各因素列的數(shù)據(jù)可能量綱不同，不便于比較或者比較結(jié)果有誤差，因此要進(jìn)行行數(shù)據(jù)無(wú)量綱化處理，數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到序列Xi'={Xi'(1),Xi'(2),Xi'(3),…}(i=1,2,…)。

3）計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。對(duì)于所有的i=1，2，3，…，Xi和X0的關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算公式如下：

其中，ρ為分辨系數(shù)，ρ?（0,1），通常取ρ=0.5。

4）計(jì)算關(guān)聯(lián)度。求取關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值，作為比較序列與參考序列間關(guān)聯(lián)程度的數(shù)量表示，關(guān)聯(lián)度ri公式如下：

4 圈閉含油氣性參數(shù)體系構(gòu)建過(guò)程

4.1 圈閉地質(zhì)特征數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)是數(shù)學(xué)模型分析計(jì)算的基礎(chǔ)，圈閉含油氣性評(píng)價(jià)的科學(xué)性，首先取決于數(shù)據(jù)的完整性和正確性。根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5520—2019 圈閉評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范，圈閉評(píng)價(jià)資料主要來(lái)源于油氣勘探過(guò)程中獲得的地質(zhì)、地震、鉆井、錄井、測(cè)井、分析化驗(yàn)等資料［17］。在研究過(guò)程中，搜集整理了工區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的油氣勘探相關(guān)文檔資料，整理與圈閉含油氣性評(píng)價(jià)相關(guān)的地質(zhì)特征數(shù)據(jù)。通過(guò)收集整理，含油氣性評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)主要有以下幾類(lèi)：

1）定量型：即數(shù)值型數(shù)據(jù)，可以用連續(xù)值或離散值表示。如圈閉面積、儲(chǔ)層厚度等都是定量型的數(shù)據(jù)，反映出圈閉的各項(xiàng)地質(zhì)特征。

2）定性型：也稱(chēng)為類(lèi)別型數(shù)據(jù)，通常用文本字符串或離散值表示。如圈閉類(lèi)型、儲(chǔ)層巖性等，反映圈閉各項(xiàng)地質(zhì)特征的類(lèi)別，可按照一定的規(guī)則轉(zhuǎn)換為有序型數(shù)值。

4.2 評(píng)價(jià)參數(shù)體系的初選

表1 圈閉含油氣性評(píng)價(jià)初始化參數(shù)體系

4.3 圈閉含油氣性評(píng)價(jià)參數(shù)體系的優(yōu)化

4.3.1 定性特征變量的轉(zhuǎn)換

圈閉地質(zhì)特征數(shù)據(jù)中，有一部分特征變量是定性特征變量，都是離散值且沒(méi)有順序，具有特定的有限類(lèi)別。定類(lèi)變量數(shù)據(jù)無(wú)法直接進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，因此需要建立定性特征與定量特征之間的映射和轉(zhuǎn)換關(guān)系，將定性特征轉(zhuǎn)換為可以參與計(jì)算的數(shù)值。基于實(shí)際的圈閉含油氣性評(píng)價(jià)工作中采用的方法，本文實(shí)驗(yàn)采用一種標(biāo)簽編碼的方法，將每個(gè)類(lèi)別映射到從1 到N 的的某個(gè)具體數(shù)值（N 為特征的類(lèi)別數(shù)）。

4.3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于各圈閉地質(zhì)參數(shù)的實(shí)際意義不同，導(dǎo)致初始序列數(shù)據(jù)量綱不同，因此需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過(guò)數(shù)學(xué)變換消除量綱的影響。本文實(shí)驗(yàn)中采用z-score 標(biāo)準(zhǔn)化方法，經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1。

4.3.3 參數(shù)的優(yōu)選

1）相關(guān)性分析

對(duì)參數(shù)層的27 項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，得出每個(gè)參數(shù)間的相關(guān)系數(shù)矩陣。由于圈閉地質(zhì)特征數(shù)據(jù)大部分為離散數(shù)據(jù)，本文實(shí)驗(yàn)中采用Spearman相關(guān)系數(shù)計(jì)算評(píng)價(jià)參數(shù)之間的相關(guān)程度。在篩選評(píng)價(jià)參數(shù)時(shí)，參數(shù)間的獨(dú)立性越大越好，根據(jù)已有研究［20］，實(shí)驗(yàn)中采取的相關(guān)性篩選準(zhǔn)則為：定義相關(guān)系數(shù)0.9以上（包括0.9）的評(píng)價(jià)參數(shù)為重復(fù)參數(shù)，可以刪除其中一個(gè)參數(shù)。相關(guān)性分析篩選結(jié)果如表2所示。

表2 相關(guān)性分析篩選結(jié)果

2）灰色關(guān)聯(lián)分析

在通過(guò)相關(guān)性分析篩除了3 項(xiàng)相關(guān)性高的參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)剩余的24 項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，以篩選出對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果貢獻(xiàn)大的關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)定圈閉含油氣性等級(jí)為參考序列，圈閉各地質(zhì)特征參數(shù)為比較序列。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算方法，計(jì)算參數(shù)與評(píng)價(jià)結(jié)果的關(guān)聯(lián)度，按照關(guān)聯(lián)度大小進(jìn)行排序結(jié)果為：（C14，C27，C6，C1，C11，C18，C17，C26，C10，C21，C19，C24，C23，C2，C5，C16，C15，C20，C13，C9，C3，C8，C4，C22）。篩選出灰色關(guān)聯(lián)度小于0.6 的評(píng)價(jià)參數(shù)，說(shuō)明這些評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的貢獻(xiàn)較小，屬于次要指標(biāo)。經(jīng)過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析篩選，埋深（C4）和蓋層巖性（C17）的關(guān)聯(lián)度小于0.6，進(jìn)行篩除。經(jīng)過(guò)相關(guān)性分析和灰色關(guān)聯(lián)分析，最終確定的圈閉含油氣性評(píng)價(jià)參數(shù)體系共5大項(xiàng)22小項(xiàng)。

5 結(jié)語(yǔ)

采用相關(guān)性分析和灰色關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合的方法構(gòu)建并優(yōu)化了圈閉含油氣性評(píng)價(jià)參數(shù)體系。其中，利用相關(guān)性分析方法篩除了相關(guān)性較高的參數(shù)，保證了各評(píng)價(jià)參數(shù)之間的相互獨(dú)立性；通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析方法進(jìn)一步篩選出對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果貢獻(xiàn)性大的評(píng)價(jià)參數(shù)，確保評(píng)價(jià)參數(shù)體系的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果有顯著影響。