基于地質(zhì)異常理論的頁(yè)巖氣有利區(qū)塊圈定與定量評(píng)價(jià)
——以渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組為例

趙鵬大李桂范張金川

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院

基于地質(zhì)異常理論的頁(yè)巖氣有利區(qū)塊圈定與定量評(píng)價(jià)
——以渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組為例

趙鵬大1李桂范1張金川2

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院

趙鵬大等.基于地質(zhì)異常理論的頁(yè)巖氣有利區(qū)塊圈定與定量評(píng)價(jià)——以渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組為例.天然氣工業(yè)，2012，32（6）：1-8.

目前國(guó)內(nèi)有關(guān)頁(yè)巖氣的研究主要集中在頁(yè)巖氣的成藏機(jī)理、頁(yè)巖氣成藏的地質(zhì)條件和遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)，而對(duì)頁(yè)巖氣勘探理論和方法的研究則相對(duì)比較薄弱，這在一定程度上制約了我國(guó)頁(yè)巖氣工業(yè)化進(jìn)程。為此，以地質(zhì)異常找礦理論為指導(dǎo)，結(jié)合頁(yè)巖氣的地質(zhì)特征，提出了頁(yè)巖氣有利區(qū)塊圈定與定量評(píng)價(jià)方法。利用渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組71個(gè)露頭剖面和渝頁(yè)1井的數(shù)據(jù)，根據(jù)頁(yè)巖埋深、厚度、有機(jī)質(zhì)含量、黏土礦物含量、石英含量等5個(gè)頁(yè)巖氣有利區(qū)地質(zhì)異常關(guān)鍵指標(biāo)及其閾值，預(yù)測(cè)了渝東南地區(qū)大有、武隆、彭水、連湖、黔江、太極和酉陽(yáng)7個(gè)龍馬溪組頁(yè)巖氣有利區(qū)段。通過(guò)對(duì)有利區(qū)段進(jìn)行有利度定量評(píng)價(jià)，圈定出渝東南地區(qū)武隆、黔江西、黔江東、太極西、連湖東、連湖西、連湖中、彭水鹿角西、彭水長(zhǎng)灘、彭水高谷、彭水鹿角東、酉陽(yáng)西、酉陽(yáng)東、大有等14個(gè)區(qū)塊為頁(yè)巖氣有利區(qū)塊。進(jìn)而在對(duì)上述有利區(qū)塊進(jìn)行找氣絕對(duì)優(yōu)度和相對(duì)優(yōu)度定量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，指出黔江西、武隆、太極西、連湖東、連湖西、連湖中等6個(gè)有利區(qū)塊是渝東南地區(qū)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的優(yōu)先靶區(qū)。

地質(zhì)異常理論 定量評(píng)價(jià) 頁(yè)巖氣 有利區(qū)塊 有利度 找氣優(yōu)度 優(yōu)先靶區(qū) 渝東南地區(qū) 早志留世

我國(guó)天然氣需求量快速增長(zhǎng)，2020年我國(guó)天然氣消費(fèi)量將超過(guò)2 000×108m3，而預(yù)期天然氣產(chǎn)量為1 200×108m3，供需差距超過(guò)800×108m3［1］。為解決這一供需矛盾，保證我國(guó)能源安全，迫切需要加快頁(yè)巖氣的勘探和開(kāi)發(fā)。頁(yè)巖氣為典型的非傳統(tǒng)、非常規(guī)油氣資源［2－3］，美國(guó)是率先進(jìn)行頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的國(guó)家，據(jù) ARI（Advanced Resources International，2006）估算［4］，美國(guó)頁(yè)巖氣技術(shù)可采資源量達(dá)到3.6×1012m3，占美國(guó)非常規(guī)天然氣技術(shù)可采資源量的22%。美國(guó)頁(yè)巖氣的產(chǎn)量逐年提高［5－6］，2011年達(dá)到1 800×108m3。

我國(guó)是頁(yè)巖氣資源豐富的國(guó)家之一［7］，預(yù)計(jì)資源量可達(dá)100×1012m3。自2005年起，我國(guó)政府、相關(guān)產(chǎn)業(yè)部門(mén)、研究院所、高等院校等開(kāi)展了頁(yè)巖氣形成機(jī)理、儲(chǔ)層特征、勘探理論與技術(shù)，以及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等方面的調(diào)查和研究，并對(duì)我國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力及分布進(jìn)行調(diào)研，取得了豐碩成果。大量研究成果表明，四川盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、松遼盆地、吐哈盆地、江漢盆地、塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地等均有頁(yè)巖氣成藏的地質(zhì)條件［1，3，5，7－16］。但目前國(guó)內(nèi)有 關(guān)頁(yè)巖氣 的研究主要集中在頁(yè)巖氣的成藏機(jī)理［8，17］、頁(yè)巖氣成藏的地質(zhì)條件［9－14，17］和 遠(yuǎn) 景 區(qū) 預(yù) 測(cè)［1，3－5，7，15－16］，而 對(duì) 頁(yè) 巖 氣 勘探理論和方法的研究則相對(duì)比較薄弱，這在一定程度上制約了我國(guó)頁(yè)巖氣工業(yè)化進(jìn)程。

地質(zhì)異常找礦理論和方法是基于對(duì)“致礦地質(zhì)異?！钡纳钊胙芯?，對(duì)包括非傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源在內(nèi)的各類(lèi)礦產(chǎn)資源進(jìn)行預(yù)測(cè)的有效理論和方法［18］，其在非傳統(tǒng)金屬礦床的勘探中已經(jīng)取得了很大成功［19－22］。對(duì)于頁(yè)巖氣這種非傳統(tǒng)油氣資源，地質(zhì)異常找礦理論與方法也具有廣闊的應(yīng)用前景。筆者基于頁(yè)巖氣地質(zhì)異常理論框架研究成果，根據(jù)頁(yè)巖氣的特殊地質(zhì)條件，將頁(yè)巖氣藏的地質(zhì)異常序列區(qū)分為區(qū)域背景地質(zhì)異常、富集區(qū)帶地質(zhì)異常、潛在工業(yè)區(qū)段地質(zhì)異常和商業(yè)區(qū)塊地質(zhì)異常4個(gè)層次：①區(qū)域背景地質(zhì)異常主要指標(biāo)包括沉積盆地和頁(yè)巖發(fā)育；②頁(yè)巖氣富集區(qū)帶地質(zhì)異常主要指標(biāo)包括頁(yè)巖厚度和總有機(jī)碳含量（TOC）；③頁(yè)巖氣潛在工業(yè)區(qū)段地質(zhì)異常的主要指標(biāo)包括氣含量和氣儲(chǔ)量；④頁(yè)巖氣商業(yè)區(qū)塊地質(zhì)異常的主要指標(biāo)包括頁(yè)巖氣產(chǎn)量、產(chǎn)能、頁(yè)巖的裂縫發(fā)育程度和脆性。這4個(gè)層次的異常分別是頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)域、頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)帶、頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)段和頁(yè)巖氣有利區(qū)塊等4個(gè)不同有利級(jí)別預(yù)測(cè)區(qū)圈定的依據(jù)。頁(yè)巖氣地質(zhì)異常的尺度、變量、有利區(qū)級(jí)別的相互關(guān)系可概括為表1。

表1 頁(yè)巖氣地質(zhì)異常的尺度、變量和有利區(qū)級(jí)別的相互關(guān)系表

筆者以渝東南地區(qū)晚志留統(tǒng)龍馬溪組為例，在研究區(qū)域背景地質(zhì)異常和富集區(qū)帶地質(zhì)異常的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)剖析頁(yè)巖氣潛在工業(yè)區(qū)段地質(zhì)異常和頁(yè)巖氣商業(yè)區(qū)塊地質(zhì)異常指標(biāo)體系及其定量評(píng)價(jià)方法，并根據(jù)有利度圈定了渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣找氣有利區(qū)塊及優(yōu)度排序，以期為該區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)提供參考，也為頁(yè)巖氣區(qū)塊優(yōu)選提供理論和方法借鑒。

1 頁(yè)巖氣有利區(qū)的查明

1.1 頁(yè)巖氣不同級(jí)別有利區(qū)圈定的地質(zhì)異常指標(biāo)及閾值

為提高頁(yè)巖氣遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)的精度和可靠程度，降低其不確定性和勘查風(fēng)險(xiǎn)，合理選擇預(yù)測(cè)變量或指標(biāo)就顯得十分重要。根據(jù)目前研究區(qū)已有的勘查和研究程度，在區(qū)域背景地質(zhì)異常的基礎(chǔ)上，為了圈定頁(yè)巖氣不同級(jí)別的有利區(qū)，選擇了頁(yè)巖厚度和有機(jī)質(zhì)含量、頁(yè)巖埋深、含氣量和頁(yè)巖脆性等指標(biāo)，以下分述之。

1.1.1 頁(yè)巖的厚度和有機(jī)質(zhì)含量

頁(yè)巖的厚度和頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)含量是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣有利區(qū)段的重要指標(biāo)，但對(duì)于頁(yè)巖的厚度和頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)含量的有利界限，目前學(xué)術(shù)界尚未形成一致認(rèn)識(shí)［23－25］。

有機(jī)碳含量是頁(yè)巖氣聚集最重要的控制因素之一，頁(yè)巖中的有機(jī)碳不僅是生成石油和天然氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量還是評(píng)價(jià)生烴潛力的關(guān)鍵指標(biāo)。頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)具有多微孔的特征，有機(jī)碳含量越高，各種微孔隙也越多，導(dǎo)致微孔隙度增大，孔隙表面的親油特性對(duì)氣態(tài)烴有較強(qiáng)的吸附能力；氣體可吸附的比表面積增大，頁(yè)巖吸附氣量也就增加；頁(yè)巖中的分散有機(jī)質(zhì)（如黑色頁(yè)巖中殘留瀝青）是一種活性非常強(qiáng)的吸附劑，也能極大地提高頁(yè)巖的吸附能力。

據(jù)Ross等（2007）對(duì)加拿大東北部侏羅系Gordondale地 層［26］及 Montgomery 等 （2005）對(duì) Fort Worth盆地密西西比系Barnett頁(yè)巖的研究［27］，均發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳含量較高的鈣質(zhì)或硅質(zhì)頁(yè)巖對(duì)吸附態(tài)頁(yè)巖氣具有更高的存儲(chǔ)能力。Lu等（1995）和Hill等（2000和2002）通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得出有機(jī)碳含量與甲烷吸附能力之間存在良好的正相關(guān)［28－30］。Ross等（2007）和Chalmers等（2007）研究了加拿大Gordondale頁(yè)巖，得到了和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同的結(jié)論［26，31］——有機(jī)碳含量越高，頁(yè)巖吸附氣體的能力就越強(qiáng)。

根據(jù)已發(fā)現(xiàn)的工業(yè)頁(yè)巖氣的頁(yè)巖厚度和頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)含量，以及渝頁(yè)1井有機(jī)質(zhì)含量和吸附氣含量的關(guān)系，結(jié)合不同學(xué)者［6，25，32－36］的最新研究成果（表2）及研究區(qū)資料，筆者選取不同學(xué)者提出的指標(biāo)下限值的中間值作為各級(jí)地質(zhì)異常指標(biāo)的下限，把頁(yè)巖厚度20 m和頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)含量1%定為頁(yè)巖氣富集區(qū)帶地質(zhì)異常的下限值。頁(yè)巖厚度越大和有機(jī)質(zhì)含量越高，對(duì)頁(yè)巖氣富集越有利［6，35］。

表2 不同學(xué)者所列頁(yè)巖氣有利區(qū)頁(yè)巖厚度和有機(jī)質(zhì)含量下限值表

1.1.2 頁(yè)巖的埋深

埋藏深度越大，頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)成本越高，經(jīng)濟(jì)收益就越差［24］。超過(guò)一定深度，目前的技術(shù)條件難于進(jìn)行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。美國(guó)頁(yè)巖氣工業(yè)生產(chǎn)區(qū)目前投入開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的頁(yè)巖氣埋藏深度多介于180～2 600 m之間［5，8］。范柏江等（2011）提出的頁(yè)巖氣選區(qū)條件中，把頁(yè)巖氣埋藏深度劃分為4個(gè)等級(jí)并賦予不同分值，埋藏深度小于1 000 m的分值為75～100，埋藏深度介于1 000～2 000 m的分值為50～75，埋藏深度介于2 000～3 000 m的分值為25～50，埋藏深度大于3 000 m的分值為0～25?？梢?jiàn)埋藏深度小于2 000 m具有50以上分值［25］。因此筆者將2 000 m作為經(jīng)濟(jì)和技術(shù)下限深度——頁(yè)巖氣有利區(qū)段的下限深度，并以埋深1 000 m為界，把頁(yè)巖氣有利區(qū)段分成A類(lèi)（埋深小于1 000 m）和B類(lèi)（埋深介于1 000～2 000 m）頁(yè)巖氣有利區(qū)段。

1.1.3 頁(yè)巖氣含量和頁(yè)巖脆性

頁(yè)巖氣含量是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣有利區(qū)段是否具有工業(yè)價(jià)值的關(guān)鍵指標(biāo)之一。在美國(guó)已進(jìn)入頁(yè)巖氣工業(yè)生產(chǎn)的7個(gè)含頁(yè)巖氣盆地中，頁(yè)巖氣含量值變化較大［6］：Barnett盆地頁(yè)巖氣含量為8.494 8～9.910 6 m3／t；Fayetteville盆地頁(yè)巖氣含量為1.699 0～6.229 5 m3／t；Haynesville盆地頁(yè)巖氣含量為2.831 6～9.344 3 m3／t；Marcellus盆地頁(yè)巖氣含量為1.699 0～2.831 6 m3／t；Woodford盆地頁(yè)巖氣含量為5.663 2～8.494 8 m3／t；Antrim盆地頁(yè)巖氣含量為1.132 6～2.831 6 m3／t；New Albany盆地頁(yè)巖氣含量為 1.132 6～2.265 3 m3／t。由此可見(jiàn)，頁(yè)巖氣工業(yè)產(chǎn)區(qū)的頁(yè)巖氣含量均大于1 m3／t。

頁(yè)巖氣含量數(shù)據(jù)只有在頁(yè)巖氣工業(yè)產(chǎn)區(qū)和頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)才能夠獲得，在頁(yè)巖氣有利區(qū)的目標(biāo)預(yù)測(cè)中，主要通過(guò)頁(yè)巖氣含量的替代指標(biāo)來(lái)定性或半定量預(yù)測(cè)頁(yè)巖含氣性。

盡管北美工業(yè)產(chǎn)區(qū)開(kāi)采產(chǎn)出的頁(yè)巖氣既有吸附氣，也有游離氣，但吸附氣是頁(yè)巖氣的特色，也是與常規(guī)氣藏氣的主要區(qū)別之所在。普遍認(rèn)為，吸附氣的含量除與有機(jī)質(zhì)及其含量有關(guān)外，還與頁(yè)巖黏土含量和黏土礦物類(lèi)型密切相關(guān)［1，3，5－16，25，30，32－38］，吸附氣含量與頁(yè)巖中黏土含量呈良好的正相關(guān)關(guān)系。頁(yè)巖中黏土含量可作為頁(yè)巖氣豐度的替代指標(biāo)。

根據(jù)頁(yè)巖氣工業(yè)產(chǎn)區(qū)頁(yè)巖中黏土含量普遍大于28%［25，38］和渝頁(yè)1井的研究成果，把黏土含量25%作為潛在工業(yè)區(qū)段頁(yè)巖氣含量地質(zhì)異常關(guān)鍵替代指標(biāo)的下限。

頁(yè)巖氣是未發(fā)生明顯運(yùn)移的原地氣，是天然氣在源巖中大規(guī)模滯留的結(jié)果，頁(yè)巖本身既是氣源巖又是儲(chǔ)集層，這一儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率普遍偏低［8，25，28］。即使在目前頁(yè)巖氣的工業(yè)產(chǎn)區(qū)，也必須進(jìn)行儲(chǔ)層壓裂改造才能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)性開(kāi)采，頁(yè)巖氣工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)是水平井和壓裂［4，39］。頁(yè)巖脆性與壓裂效果關(guān)系極為密切。

許多學(xué)者的研究成果都認(rèn)為，石英含量是影響頁(yè)巖儲(chǔ)層改造的重要因素［40－41］。石英屬于脆性礦物，在一定壓力下容易破碎產(chǎn)生裂縫。儲(chǔ)層中石英含量高則天然裂縫往往比較發(fā)育，在水力壓裂作業(yè)時(shí)也容易產(chǎn)生較多的誘導(dǎo)裂縫，從而溝通基質(zhì)孔隙與天然裂縫，形成天然氣運(yùn)移和產(chǎn)出的通道［42］。因此，Jarvie等（2007）提出石英含量是決定頁(yè)巖脆性的最主要因素［2］。李新景等（2009）統(tǒng)計(jì)分析了北美典型頁(yè)巖氣產(chǎn)區(qū)的頁(yè)巖石英含量，結(jié)果表明：在北美頁(yè)巖氣產(chǎn)區(qū)，頁(yè)巖中石英含量多超過(guò)50%，有些竟高達(dá)75%［43］。通過(guò)對(duì)頁(yè)巖氣工業(yè)產(chǎn)區(qū)頁(yè)巖氣產(chǎn)能的研究，認(rèn)為工業(yè)產(chǎn)能的頁(yè)巖儲(chǔ)層中石英最小含量為25%，最優(yōu)值為超過(guò)35%。

渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖中的石英含量與美國(guó)已開(kāi)發(fā)頁(yè)巖儲(chǔ)層中的石英含量相當(dāng)（表3），渝東南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖中石英的平均含量為38%，表明該區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層多具有良好的可壓裂性。

表3 渝頁(yè)1井與北美地區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層中石英含量對(duì)比表［42］

渝頁(yè)1井龍馬溪組頁(yè)巖主要由碎屑、黏土、碳酸鹽巖組成，碎屑以石英為主，長(zhǎng)石較少。從礦物學(xué)上來(lái)分析，長(zhǎng)石的脆性、可壓裂性還高于石英。因此，將碎屑含量作為頁(yè)巖脆性的替代指標(biāo)，以此來(lái)分析頁(yè)巖氣潛在工業(yè)區(qū)段頁(yè)巖脆性地質(zhì)異常。參考頁(yè)巖氣工業(yè)產(chǎn)區(qū)的研究成果，把碎屑含量25%作為頁(yè)巖氣潛在工業(yè)區(qū)段頁(yè)巖脆性地質(zhì)異常的下限。

1.2 渝東南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣有利區(qū)段分布

利用渝東南地區(qū)龍馬溪組71個(gè)露頭剖面和渝頁(yè)1井的數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)編繪渝東南地區(qū)龍馬溪組埋深等值線圖、頁(yè)巖厚度等值線圖、頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)含量等值線圖，并查明了勘探有利區(qū)帶的基礎(chǔ)上，又根據(jù)頁(yè)巖中黏土含量等值線圖及頁(yè)巖中石英含量等值線圖以及上述頁(yè)巖氣有利區(qū)地質(zhì)異常指標(biāo)閾值，預(yù)測(cè)了渝東南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣的有利區(qū)段（圖1）。

圖1 渝東南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣有利勘探區(qū)段地質(zhì)異常分布圖

基于地質(zhì)異常理論的綜合研究結(jié)果表明，渝東南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣有利區(qū)主要分布于該區(qū)的西北部，其次是該區(qū)的中南部酉陽(yáng)西側(cè)。為便于討論，把有利區(qū)分布區(qū)域劃分為7個(gè)有利區(qū)段，分別為大有、武隆、彭水、連湖、黔江、太極和酉陽(yáng)有利區(qū)段（圖1）。其中大有頁(yè)巖氣有利區(qū)段總面積約500 km2，為A類(lèi)有利區(qū)段；武隆有利區(qū)段面積約800 km2，A類(lèi)有利區(qū)占2／3，面積約530 km2；彭水有利區(qū)段面積約700 km2，A類(lèi)有利區(qū)段占3／5，面積約420 km2；連湖有利區(qū)段總面積約650 km2，A類(lèi)有利區(qū)段約占2／5，面積約260 km2；黔江有利區(qū)段總面積約900 km2，A類(lèi)有利區(qū)段約占2／3，面積約600 km2；太極有利區(qū)段總面積約450 km2，A類(lèi)有利區(qū)段約占3／4，面積約340 km2；酉陽(yáng)有利區(qū)段總面積約550 km2，A類(lèi)有利區(qū)段約占2／3，面積約360 km2（圖1）。

2 頁(yè)巖氣有利區(qū)有利度評(píng)價(jià)

以上基于地質(zhì)異常理論，通過(guò)對(duì)不同層次頁(yè)巖氣地質(zhì)異常指標(biāo)的疊合和閾值限定，定性預(yù)測(cè)了渝東南地區(qū)酉陽(yáng)、彭水、黔江、連湖、武隆、大有、太極7個(gè)頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)段。為進(jìn)一步聚焦靶區(qū)，以便于勘探開(kāi)發(fā)部署決策，對(duì)上述頁(yè)巖氣有利區(qū)段的勘探有利度（有利度）進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)。

在固體礦產(chǎn)成礦預(yù)測(cè)與定量評(píng)價(jià)方面，趙鵬大等提出了一系列礦產(chǎn)資源定量評(píng)價(jià)理論和方法，并在固體礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)中取得了很好的應(yīng)用效果［19，43-45］。盡管頁(yè)巖氣 是流體礦產(chǎn)，但頁(yè)巖氣 具有原地生成、原地聚集的特征，與固體礦產(chǎn)的成礦特征具有相似性。因此，筆者借鑒成礦地質(zhì)異常有利度模型［19］，結(jié)合頁(yè)巖氣的具體特點(diǎn)和頁(yè)巖氣的研究現(xiàn)狀，對(duì)頁(yè)巖氣有利區(qū)段有利度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

2.1 頁(yè)巖氣有利區(qū)段有利度定量評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型和指標(biāo)選擇

2.1.1 有利度定量評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型

基于地質(zhì)異常理論，樣品單元成礦有利度（f）定義為相關(guān)獨(dú)立變量的線性組合［19］，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式中f表示含氣有利度；ai表示預(yù)測(cè)單元內(nèi)xi因素控礦作用的權(quán)重；xi表示預(yù)測(cè)單元內(nèi)第i因素（變量）。

預(yù)測(cè)單元內(nèi)第i因素的權(quán)重ai可據(jù)下列矩陣方程（式2）確立。

式中λ表示（X′X）的最大特征值；X表示m×n矩陣，代表在m個(gè)樣品單元上n個(gè)變量的取值；X′表示X的轉(zhuǎn)置矩陣；a代表權(quán)重。

2.1.2 有利度定量評(píng)價(jià)變量選擇及變量正規(guī)化變換

頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)段有利度定量評(píng)價(jià)的變量是與頁(yè)巖氣含量和頁(yè)巖氣可開(kāi)采性（脆性——決定可壓裂性）等相關(guān)的指標(biāo)。

頁(yè)巖氣含量與頁(yè)巖厚度、有機(jī)質(zhì)含量和黏土礦物含量密切相關(guān)，因此，選用頁(yè)巖厚度、有機(jī)質(zhì)含量和黏土礦物含量作為頁(yè)巖氣含量的替代變量；頁(yè)巖的脆性與頁(yè)巖中石英和長(zhǎng)石碎屑的含量密切相關(guān)，因此用頁(yè)巖中石英和長(zhǎng)石碎屑的含量作為頁(yè)巖脆性的替代變量。頁(yè)巖中長(zhǎng)石含量普遍較少，主要是石英。由于頁(yè)巖的主要礦物成分為黏土和石英，這2個(gè)變量具有相互消長(zhǎng)的負(fù)相關(guān)性，并非2個(gè)獨(dú)立的變量。

因此，在頁(yè)巖氣有利區(qū)段有利度定量評(píng)價(jià)中選擇：x1（有機(jī)質(zhì)含量）、x2（黏土含量）、x3（頁(yè)巖厚度）這3個(gè)主要變量。以1∶20萬(wàn)圖幅為基礎(chǔ)，以1.25 km×1.25 km作為一個(gè)樣品單元，頁(yè)巖氣有利區(qū)共有776個(gè)樣品單元，用分段線性內(nèi)插的方法對(duì)不同網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的不同變量取值。

由于頁(yè)巖氣有利區(qū)段有利度定量評(píng)價(jià)變量數(shù)量級(jí)差、量綱差別巨大，因而必須對(duì)所選擇變量進(jìn)行無(wú)量綱化處理。筆者根據(jù)頁(yè)巖氣的邊界條件，定性圈定了研究區(qū)頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)段。在頁(yè)巖氣有利區(qū)段內(nèi)，計(jì)算其相對(duì)有利度，計(jì)算結(jié)果如下式所示：

式中x1、x2、x3各自代表的含義見(jiàn)前述。

根據(jù)相對(duì)有利度計(jì)算數(shù)據(jù)，就可以圈定出頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)塊。

2.2 頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)塊的圈定

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將有利區(qū)段內(nèi)各單元有利度繪制出等值線圖，以0.8為臨界值，圈定了頁(yè)巖氣進(jìn)一步研究和勘探開(kāi)發(fā)的有利區(qū)塊（圖2）。

從圖2可以看出，黔江有利區(qū)段內(nèi)有利區(qū)塊分布面積最大，其余依次是武隆、連湖、太極、彭水、酉陽(yáng)和大有有利區(qū)段。

黔江有利區(qū)段有利度大于0.8的有利區(qū)塊主要連片分布于石會(huì)南北兩側(cè)，面積約150 km2，在太和村西南部有利區(qū)塊面積小，面積約20 km2，總面積約170 km2；武隆有利區(qū)段有利度大于0.8的有利區(qū)塊呈近東西向連片分布于武隆以南，總面積約136 km2；連湖有利區(qū)段有利度大于0.8的有利區(qū)塊分隔為西塊、中塊、東塊3個(gè)次級(jí)區(qū)塊，面積分別為31.25 km2、25 km2、46.88 km2，總面積超過(guò)103 km2；太極有利區(qū)有利度大于0.8的有利區(qū)塊分布于西部，總面積約61 km2；彭水有利區(qū)段有利度大于0.8的有利區(qū)塊由西向東分為高谷、長(zhǎng)灘、鹿角西和鹿角東4個(gè)區(qū)塊，面積分別為17.2 km2、20.3 km2、25 km2和14 km2，總面積超過(guò)76 km2；酉陽(yáng)有利區(qū)段有利度大于0.8的有利區(qū)塊分為東西2個(gè)區(qū)塊，面積分別為10.9 km2和7.8 km2，總面積超過(guò)18 km2；大有有利區(qū)段有利度大于0.8的有利區(qū)塊僅分布于東北角，面積約3 km2。

3 頁(yè)巖氣有利區(qū)塊找氣優(yōu)度定量評(píng)價(jià)與排序

3.1 頁(yè)巖氣有利區(qū)塊找氣優(yōu)度定量評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型和指標(biāo)選擇

借鑒找礦優(yōu)度和找礦概率的概念和計(jì)算方法，結(jié)合頁(yè)巖氣的特點(diǎn)，提出如下有利區(qū)塊頁(yè)巖氣找氣優(yōu)度計(jì)算方法。

定義某一有利區(qū)塊的頁(yè)巖氣找氣優(yōu)度：

式中Poi表示第i個(gè)有利區(qū)塊的頁(yè)巖氣找氣優(yōu)度；Foi表示第i個(gè)有利區(qū)塊頁(yè)巖氣平均有利度；Si表示第i個(gè)有利區(qū)塊的面積。

為了給出有利區(qū)塊頁(yè)巖氣工業(yè)前景的直觀估計(jì)和評(píng)價(jià)，將有利區(qū)塊頁(yè)巖氣找氣優(yōu)度進(jìn)行正規(guī)化處理，以獲取區(qū)間為（0，1）的相對(duì)找氣優(yōu)度：

式中Pi表示第i個(gè)有利區(qū)塊頁(yè)巖氣找氣相對(duì)優(yōu)度；Pomin表示有利區(qū)塊中最小頁(yè)巖氣找氣優(yōu)度；Pomax表示有利區(qū)塊中的最大頁(yè)巖氣找氣優(yōu)度。

圖2 渝東南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣有利區(qū)塊分布圖

3.2 頁(yè)巖氣有利區(qū)塊找氣優(yōu)度定量評(píng)價(jià)結(jié)果及排序

通過(guò)有利區(qū)塊找氣絕對(duì)優(yōu)度和找氣相對(duì)優(yōu)度評(píng)價(jià)結(jié)果可以得出直觀的找氣序列。

有利區(qū)塊找氣絕對(duì)優(yōu)度和找氣相對(duì)優(yōu)度計(jì)算結(jié)果如表3所示。根據(jù)頁(yè)巖氣有利度圈定的渝東南地區(qū)黔江西、黔江東、武隆、連湖西、連湖中、連湖東、太極西、彭水高谷、彭水長(zhǎng)灘、彭水鹿角西、彭水鹿角東、酉陽(yáng)西、酉陽(yáng)東和大有14個(gè)龍馬溪組頁(yè)巖氣有利區(qū)塊中，根據(jù)找氣絕對(duì)優(yōu)度及相對(duì)優(yōu)度，排在前6位的區(qū)塊依次為黔江西、武隆、太極西、連湖東、連湖西、連湖中（表4、圖3）。

4 結(jié)論

1）利用渝東南地區(qū)龍馬溪組71個(gè)露頭剖面和渝頁(yè)1井的數(shù)據(jù)，根據(jù)頁(yè)巖埋深、厚度、有機(jī)質(zhì)含量、黏土礦物含量及石英含量等5個(gè)頁(yè)巖氣有利區(qū)段地質(zhì)異常關(guān)鍵指標(biāo)及其閾值，預(yù)測(cè)了渝東南地區(qū)大有、武隆、彭水、連湖、黔江、太極和酉陽(yáng)7個(gè)龍馬溪組頁(yè)巖氣有利區(qū)段。

表4 渝東南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣有利區(qū)塊找氣優(yōu)度定量評(píng)價(jià)信息數(shù)據(jù)表

圖3 渝東南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣有利區(qū)塊找氣優(yōu)度序列圖

2）頁(yè)巖氣有利區(qū)段有利度定量評(píng)價(jià)結(jié)果表明，渝東南地區(qū)武隆、黔江西、黔江東、太極西、連湖東、連湖西、連湖中、彭水鹿角西、彭水長(zhǎng)灘、彭水高谷、彭水鹿角東、酉陽(yáng)西、酉陽(yáng)東、大有為14個(gè)頁(yè)巖氣有利區(qū)塊。

3）渝東南地區(qū)黔江西、武隆、太極西、連湖東、連湖西、連湖中等6個(gè)有利區(qū)塊具有較高的找氣優(yōu)度，是該區(qū)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)優(yōu)先靶區(qū)。

4）地質(zhì)異常找礦靶區(qū)逐級(jí)篩選的理論和方法，對(duì)于分布面積廣、礦體與圍巖沒(méi)有明顯地質(zhì)邊界的頁(yè)巖氣勘查有利靶區(qū)優(yōu)選具有重要的應(yīng)用前景。

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10.3787／j.issn.1000-0976.2012.06.001

2012-05-05 編輯 居維清）

趙鵬大，1931年生，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)教授；1952年畢業(yè)于北京大學(xué)地質(zhì)系，1958年畢業(yè)于莫斯科地質(zhì)勘探學(xué)院，獲地質(zhì)礦物學(xué)副博士學(xué)位；主要從事數(shù)學(xué)地質(zhì)、礦產(chǎn)普查與勘探教學(xué)與研究工作。

李桂范，女，1963年生，副教授；1995年獲工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)為中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）博士研究生；主要從事油氣地質(zhì)勘探研究工作。E-mail：liguifan＠cugb.edu.cn