基于模糊數(shù)學(xué)的湘中凹陷圈閉評(píng)價(jià)

朱 偉，米茂生，曹子劍

(1.湖南科技大學(xué)，湖南 湘潭 411201;2.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局，湖南 長(zhǎng)沙 410014)

引 言

湘中拗陷位于雪峰古陸以南，華南褶皺系的北部，是一個(gè)以下古生界淺變質(zhì)巖系為基底發(fā)展起來(lái)的晚古生代沉積坳陷區(qū)。該區(qū)元古界—中生界地層均有出露，且主要分布在坳陷的漣源、邵陽(yáng)、零陵3個(gè)凹陷中[1]。湘中漣源凹陷位于湘中拗陷北端，位于新化—雙峰一帶，整體呈北西西向展布，出露地層主要為泥盆系—三疊系，區(qū)域構(gòu)造線呈NE—NNE向。在穩(wěn)定的沉降歷史過(guò)程中，發(fā)育了5 000余米厚的碳酸鹽巖夾碎屑巖，同時(shí)以測(cè)水組煤系地層作為區(qū)域性蓋層為該地區(qū)油氣藏的形成提供了良好的生儲(chǔ)蓋組合。但自古生代以來(lái)分別經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)、喜山運(yùn)動(dòng)等大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)階段，使得油氣成藏條件復(fù)雜，不確定性因素較多。

模糊數(shù)學(xué)是引用隸屬函數(shù)的概念建立的數(shù)學(xué)體系，隸屬函數(shù)可以用[0，1]區(qū)間內(nèi)的任意值來(lái)描述一個(gè)對(duì)象是否屬于該集合[2]，把絕對(duì)的屬于或不屬于拓展為具有描述事物漸變過(guò)渡的能力。由于模糊數(shù)學(xué)具有不確定性，同時(shí)還能確定事件的發(fā)生與否，在面對(duì)復(fù)雜地質(zhì)情況時(shí)具有綜合評(píng)判優(yōu)勢(shì)[3-4]。在湘中油氣勘探中運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法可以更客觀評(píng)價(jià)油氣藏[5-7]。

1 儲(chǔ)層物性研究

該區(qū)可劃分為西部疊瓦逆掩沖斷帶、中部隔擋式褶皺帶、東部滑覆斷皺帶[8]。據(jù)現(xiàn)有資料分析，漣源凹陷下石炭統(tǒng)(C1y1—C1d1)儲(chǔ)層巖石類型以灰?guī)r為主，局部發(fā)育砂巖儲(chǔ)層。從192塊井下樣品測(cè)試分析結(jié)果看，絕大多數(shù)樣品的孔隙度小于1.5%，滲透率一般小于0.1×10-3μm2，屬低孔、低滲儲(chǔ)層。在這些樣品中，僅有9塊樣品達(dá)到了有效儲(chǔ)層的孔隙度下限值(2%)，占樣品總數(shù)的4.7%，表明該區(qū)的儲(chǔ)層發(fā)育程度差。造成該區(qū)儲(chǔ)層不發(fā)育和儲(chǔ)層物性差的主要原因是，晚期成巖作用(壓實(shí)、膠結(jié)、重結(jié)晶等)使巖石中的原生孔隙基本上被破壞，有效儲(chǔ)集空間主要為次生溶孔、白云化晶間孔及構(gòu)造裂縫。湘中地區(qū)發(fā)育有兩大類儲(chǔ)層，即碳酸鹽巖和碎屑巖儲(chǔ)層。其中碳酸鹽巖包括生物礁、粒屑灘和白云巖3類。主要發(fā)育于臺(tái)坡相(如下石炭統(tǒng)坪煙背斜、橋頭河背斜、安坪背斜、楊1號(hào)隱伏背斜、楊3號(hào)隱伏背斜、石山?jīng)_背斜)和臺(tái)灘相(如禁田斷鼻、滿竹背斜、婁底背斜)。

2 圈閉保存條件

該區(qū)測(cè)水段的含煤地層可作為目的層(C1y1—C1d1)的區(qū)域蓋層。測(cè)水煤系本身具有很強(qiáng)的生烴能力，能很好地抑制下伏目的層的天然氣擴(kuò)散。測(cè)水煤系的致密泥巖及煤巖不僅可以作為天然氣的巖性封蓋層，也可以作為天然氣的烴濃度蓋層;以下石炭統(tǒng)孟公拗組(C1y2)、劉家塘組(C1y3)和石磴子組(C1d1)為主力烴源巖層，劉家塘組(C1y3)和石磴子組(C1d1)碳酸鹽為儲(chǔ)層，構(gòu)成垂向上的生、儲(chǔ)蓋組合。分析認(rèn)為，大幅度抬升剝蝕及近地表滲漏是造成該區(qū)天然氣大量散失的主要原因。

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料分析，印支期后期也就是生油高峰后，為該區(qū)主要抬升期。抬升剝蝕幅度大都超過(guò)3 000 m。禁田逆斷層以西為西北斷褶帶，構(gòu)造變形以逆沖斷裂和線性褶皺為主，造成區(qū)域蓋層嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致一部分目的層(C1y1—C1d1)直接裸露地表，加速了天然氣的滲漏或逸散的速度，加上該區(qū)烴源條件較差，導(dǎo)致天然氣難以聚集。禁田逆斷層以東至麻陽(yáng)洞逆斷層以西的地區(qū)為變形相對(duì)較弱的中部褶皺帶，由一系列寬向斜與窄背斜組成“隔檔式”構(gòu)造樣式，寬向斜內(nèi)二疊系保存較完整且大面積分布，有利于下石炭統(tǒng)天然氣的保存。加上該區(qū)地處漣源凹陷主力氣源區(qū)，烴源條件較好，氣顯示豐富，為較有利天然氣聚集區(qū)。麻陽(yáng)洞斷層以東為東部斷褶帶，其保存條件介于西北部褶皺帶和中部褶皺帶之間。因此西部斷褶帶保存條件差，中部褶斷帶較好，東部斷塊帶保存條件較差。

3 模糊數(shù)學(xué)圈閉評(píng)價(jià)

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理可以建立綜合評(píng)級(jí)模型[9-13]。

(1)設(shè)模糊集U為待評(píng)價(jià)因素的子集合:U={Ui}，i=1，2，……，n。

(2)設(shè)論域V為評(píng)價(jià)級(jí)模糊子集合:V={Vj}，j=1，2，……，m。

模糊集合是用隸屬函數(shù)來(lái)描述的，首先確定因素集合，再來(lái)確定每個(gè)因素屬于論域E的隸屬度。隸屬函數(shù)有模糊統(tǒng)計(jì)法、例證法、專家經(jīng)驗(yàn)法、二元對(duì)比排序法。

根據(jù)每個(gè)因素的重要性，依據(jù)專家打分法，確定每個(gè)因素的權(quán)重 A=W·E=(a1，a2，…，am)，進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)運(yùn)算得公式(1):

式中:aj為第j個(gè)評(píng)價(jià)值;wi為第i個(gè)權(quán)重值。

第一，同行競(jìng)爭(zhēng)加劇。2017年共享單車在全國(guó)各地打響正面競(jìng)爭(zhēng)，激烈競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)高推廣成本。每當(dāng)一家公司開(kāi)通一座城市時(shí)，就會(huì)有少則數(shù)萬(wàn)輛多則數(shù)十萬(wàn)輛的單車投入。同時(shí)要跟進(jìn)單車轉(zhuǎn)運(yùn)團(tuán)隊(duì)，單車運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)和當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)推廣團(tuán)隊(duì)，再加上單車的成本費(fèi)用和線上線下的推廣運(yùn)營(yíng)的費(fèi)用，使部分企業(yè)無(wú)額外的資金回收維修廢料共享單車。第二，用戶忠誠(chéng)度難培養(yǎng)。共享單車是工具類產(chǎn)品，依靠用戶。在贏取用戶信任前，大部分用戶會(huì)進(jìn)行產(chǎn)品體驗(yàn)，互相借鑒。部分企業(yè)難以保證能贏得用戶的青睞。第三，部分企業(yè)管理能力有限。部分企業(yè)缺少相關(guān)的專門(mén)管理機(jī)制，內(nèi)部維修人員有限，維修人員維修能力不強(qiáng)。

3.1 模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)步驟

研究區(qū)內(nèi)沉積相主要為臺(tái)盆、三角洲、潮坪相，儲(chǔ)層主要發(fā)育于下石炭統(tǒng)測(cè)水組、劉家塘組及石磴子組，構(gòu)造條件復(fù)雜，圈閉類型多樣，故將其評(píng)價(jià)工作分如下幾步進(jìn)行。

(1)設(shè)定地質(zhì)要素評(píng)價(jià)體系。根據(jù)成藏過(guò)程中形成圈閉各要素的不同影響程度，分別賦予權(quán)值W。湘中盆地的圈閉評(píng)價(jià)體系可由靜態(tài)因素(構(gòu)造、儲(chǔ)層、蓋層及封閉條件)及動(dòng)態(tài)因素(時(shí)空匹配關(guān)系、油的聚集及保存條件)構(gòu)成。

(2)確定地質(zhì)各要素隸屬度。根據(jù)專家評(píng)價(jià)法將最有利的定為1，最差的定為0，做出相應(yīng)隸屬函數(shù)，之后將有關(guān)數(shù)據(jù)代入獲得相關(guān)地質(zhì)要素的隸屬度。

(3)模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)一級(jí)、二級(jí)的模糊預(yù)算，得出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，確定有利圈閉。

3.2 地質(zhì)因素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

湘中盆地漣源凹陷的油氣藏主要受構(gòu)造、巖性、油源條件及保存條件影響。因此，在綜合評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)主控因素分配較大權(quán)值，對(duì)其他控制因素分配相對(duì)較小的權(quán)值。

在評(píng)價(jià)圈閉含油氣時(shí)，采用的地質(zhì)條件因素一般為(包含權(quán)重):①構(gòu)造條件(0.30)，在構(gòu)造條件中圈閉類型給出的二級(jí)權(quán)值為0.40，圈閉面積為0.60;②油源條件(0.15)，其中烴源巖厚度、有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度分配的二級(jí)權(quán)值分別為 0.35、0.30、0.30、0.05;③ 蓋層條件(0.30);④保存條件(0.25)。

3.3 評(píng)價(jià)計(jì)算

該文主要采用專家打分法和邏輯函數(shù)法來(lái)確定其隸屬度，漣源凹陷成油氣地質(zhì)條件評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1～4。

表1 漣源凹陷成油氣烴源條件評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表2 漣源凹陷成油氣儲(chǔ)集條件評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表3 漣源凹陷成油氣圈閉條件評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表4 漣源凹陷成油氣保存條件評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)盆地各區(qū)帶勘探程度不同，采用定量和半定量方法，如通過(guò)指標(biāo)值與該區(qū)域內(nèi)該指標(biāo)最大值的比值來(lái)評(píng)價(jià)其隸屬度。

通過(guò)計(jì)算圈閉面積隸屬函數(shù)分析圈閉的類型，確定圈閉的優(yōu)劣度:

式中:x為圈閉面積，m2。

區(qū)內(nèi)圈閉條件因素見(jiàn)表5。

表5 漣源凹陷圈閉條件

3.3.2 生油巖條件

從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

(1)對(duì)于石炭統(tǒng)的生油巖厚度評(píng)價(jià)，采用隸屬度函數(shù):

式中:m為最大烴源巖厚度，m;α為研究區(qū)平均烴源巖厚度，m。

(2)有機(jī)碳平均含量隸屬函數(shù):

式中:β為有機(jī)碳平均含量，%。

(3)生油巖有機(jī)質(zhì)類型隸屬函數(shù):

式中:ki為生烴潛力系數(shù)，其中Ⅰ型為1.00，Ⅱ型為0.60，Ⅲ型為0.25;γi為某種類型的有機(jī)質(zhì)所占的比例，%。

(4)生油巖的成熟度(專家打分法)，以Ro為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不同學(xué)者劃分的數(shù)值稍有不同，但大致相當(dāng)。本文采用劃分為未成熟階段、成熟階段、過(guò)成熟階段方案[14]。由于該區(qū)的 Ro≥2，屬于過(guò)成熟階段，是主要的生氣階段，因此生氣條件好(表6)。

表6 漣源凹陷生油有機(jī)質(zhì)綜合表

3.3.3 綜合條件評(píng)價(jià)

對(duì)圈閉及生油巖分別進(jìn)行一級(jí)運(yùn)算。

(1)圈閉。

表7 漣源凹陷部分局部構(gòu)造有關(guān)數(shù)據(jù)

結(jié)合模糊數(shù)學(xué)的綜合運(yùn)算，得出的綜合評(píng)價(jià)如表8所示。

表8 模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)

由計(jì)算結(jié)果可知，該區(qū)地質(zhì)條件十分復(fù)雜，影響油氣分布，影響預(yù)測(cè)工作的準(zhǔn)確性。借助于模糊數(shù)學(xué)，最終可以推斷漣源凹陷的婁底背斜、安坪背斜的石炭統(tǒng)油氣成藏條件較好，是生氣的優(yōu)勢(shì)圈閉。應(yīng)用該方法，可優(yōu)化勘探?jīng)Q策，提高油氣勘探的效果，為以后取得勘探突破奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

(1)湘中漣源凹陷構(gòu)造條件好、生氣條件較好，儲(chǔ)層物性一般，并經(jīng)歷多期次構(gòu)造活動(dòng)，成藏地質(zhì)條件復(fù)雜，存在諸多不確定性影響因素，傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)過(guò)程中難免存在主觀性。

(2)運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析選出湘中漣源凹陷婁底背斜、安坪背斜為成藏條件較好的圈閉，同時(shí)與實(shí)際勘探效果較為吻合，可作為一種有效評(píng)價(jià)手段，為今后的勘探工作提供依據(jù)。

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