基于因子分析法的貴州牛蹄塘組頁巖氣有利區(qū)評價

劉尚平 李希建

摘 要：為了對貴州牛蹄塘組頁巖氣有利區(qū)塊進(jìn)行優(yōu)選，依據(jù)貴州牛蹄塘組10個不同地區(qū)頁巖氣井或剖面的頁巖儲層的有機(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個特征參數(shù)。采用SPSS 21.0軟件對頁巖氣區(qū)塊進(jìn)行因子分析，通過降維的方法，提取出二個相互獨(dú)立的影響因子，分別為生烴因子和儲集因子。根據(jù)主成分加權(quán)得分得出各個地區(qū)的綜合得分，通過分值得出德江、松桃等地區(qū)頁巖氣富集條件較好，是頁巖氣勘探開發(fā)的有利區(qū)。該方法為頁巖氣的勘探開發(fā)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：有利區(qū)；因子分析；頁巖氣；富集；牛蹄塘組

中圖分類號：F 407.22

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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

頁巖氣是一種以富有機(jī)質(zhì)頁巖為氣源巖、儲層及封蓋層，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巖氣勘探層位之一[3]。但由于貴州頁巖氣勘探開發(fā)尚處于探索階段，對頁巖氣富集的主控因素分析較淺，頁巖氣儲層的各個因素對頁巖氣的影響也不明確，對頁巖氣的“甜點(diǎn)區(qū)”選擇缺乏系統(tǒng)的評價指標(biāo)體系[4]，嚴(yán)重制約了貴州牛蹄塘組頁巖氣的開發(fā)進(jìn)程。因此，結(jié)合頁巖氣成藏主控因素，對其進(jìn)行因子分析，根據(jù)主成分加權(quán)得分得出頁巖井或剖面的綜合得分并進(jìn)行排名，選出頁巖氣的有利勘探區(qū)，對貴州牛蹄塘組頁巖氣的資源勘探開發(fā)提供參考。

1 影響頁巖氣富集的因素

在頁巖氣形成中，有機(jī)碳含量（TOC）對頁巖的生烴能力、生烴強(qiáng)度起到了決定性作用，有機(jī)質(zhì)的演化階段不同會影響其生烴產(chǎn)氣量的程度，決定了頁巖產(chǎn)烴的可能性[5]。頁巖的脆性礦物，有利于裂縫生成和后期的壓裂，在開采過程中能取得良好的儲層改造效果，頁巖黏土礦物具有較強(qiáng)的吸附力，是頁巖氣的主要吸附場所，另外，黏土礦物內(nèi)部易于形成孔隙，有利于頁巖氣的儲存[6]。但這些因素并不是單一對頁巖氣的富集產(chǎn)生影響，它們之間相互作用，因此通過傳統(tǒng)的單一方法來分析它們對頁巖氣儲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，可靠性較強(qiáng)?；诖?，選取貴州牛蹄塘組10個典型地區(qū)的頁巖巖樣井或野外露頭樣品，收集貴州牛蹄塘組頁巖中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（來源于文獻(xiàn)[4]，有修改）。

3 有利區(qū)評價

3.1 指標(biāo)參數(shù)

根據(jù)前人總結(jié)的頁巖氣成藏條件，頁巖氣富集高產(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巖氣的潛力及影響其頁巖氣的富集條件。以下是貴州牛蹄組不同地區(qū)的頁巖氣井和露頭的儲層參數(shù)，見表1.

3.2 參數(shù)KMO檢驗(yàn)

由統(tǒng)計學(xué)家Kaiser給出的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)KMO值等于或大于0.6時，給予的參數(shù)適合作因子分析，而KMO值越大時，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KMO值是0.668，大于0.6，適合作因子分析。

3.3 降維過程

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，見表2.

由表3計算結(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個因子的貢獻(xiàn)率分別為48.160%，35.084%，累計貢獻(xiàn)率為83.244%.也就是說前3個因子綜合了全部6個因子中的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，

所以選取這兩個因子的模型是可行的。

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

為了更能地反映這6個影響因素之間的聯(lián)系，根據(jù)軟件默認(rèn)的因子旋轉(zhuǎn)方法—最大方差法，對計算的結(jié)果進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)后，使前2個因子具有更高的載荷，從而更好地對主因子進(jìn)行解釋，其中旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣見表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)值無意義[14]，則黏土礦物含量（X4）在第一因子下無意義。由于TOC是頁巖氣生烴的基礎(chǔ)，決定著頁巖氣的生烴能力，而滲透率越高，越有利于頁巖氣的運(yùn)移，對頁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，對應(yīng)解釋為儲集因子。它可以改變頁巖儲層結(jié)構(gòu)，當(dāng)脆性礦物含量高時，極易形成微裂隙和裂縫，且較高的孔隙率能保證較多的頁巖氣儲存在頁巖氣孔隙中，對頁巖氣的儲集十分有利。

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，用計算公式6，計算出各個井口或剖面的綜合得分值并加以排名，得出有利的頁巖氣勘探區(qū)。得分越高，該地區(qū)越有利于頁巖氣勘探開發(fā)。而各井口或剖面的綜合得分值、排名見表5.

若以生烴因子F1和儲集因子F2得分值大小表示其影響頁巖氣富集的多少，并以綜合得分值為正值表示頁巖氣有利開采區(qū)或開采水平在平均水平之上，負(fù)值表示頁巖氣不利開采區(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)、松桃盤石、鳳崗地區(qū)的生烴因子（F1）分值大，說明德江地區(qū)、松桃盤石、鳳崗地區(qū)生烴條件較好，松桃盤石、岑頁1井儲集因子（F2）分值大，說明松桃盤石、岑頁1井儲集條件較理想；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)的頁巖氣開采相對來說是有利的，可以作為有利勘探區(qū)；而仁頁1井、仁頁2井、麻江1井及綏陽地區(qū)的生烴因子F1，儲集因子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1井、仁頁2井、麻江1井及綏陽地區(qū)的生烴條件、儲集條件均不理想，不利于頁巖氣的開采或需有待進(jìn)一步的勘探，這與現(xiàn)場的勘探和專家的研究是相符合的[15-16]。所以，用因子分析法來分析頁巖氣富集影響因素以及判定有利開采區(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，通過降維將影響頁巖氣富集的TOC，RO，脆性礦物、黏土礦物、孔隙率、滲透率6個影響因素歸納為生烴因子和儲集因子，降低了對頁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。該評判方法比傳統(tǒng)的評估手段更具有優(yōu)越性，更能提供充分的信息和判斷，為以后的頁巖氣勘探開發(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.貴州頁巖氣源巖特征及頁巖氣勘探遠(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.頁巖氣產(chǎn)業(yè)國際專利情報分析[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.中國上揚(yáng)子區(qū)下古生界頁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)牛蹄塘組頁巖氣成藏條件及有利區(qū)評價[J].地質(zhì)與勘探，2015，43（02）：37-43.

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

[6] 蒲泊伶，董大忠，耳 闖，等.川南地區(qū)龍馬溪組頁巖有利儲層發(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2井牛蹄塘組頁巖特點(diǎn)及含氣評價[J].特種油氣藏，2014，21（06）：38-41+142-143.

[8] 閆高原，朱炎銘，王 陽，等.貴州鳳岡區(qū)牛蹄塘組頁巖氣成藏條件分析[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)牛蹄塘組頁巖儲層特征及其分布規(guī)律[J].天然氣工業(yè)，2014，34（08）：8-14.

[10]張志平，程禮軍，曾春林.貴州綏陽地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣地質(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，錢芝網(wǎng).長江三角洲城市群經(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)集群核心競爭潛力研究——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)計分析高級教程[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)牛蹄塘組頁巖氣成藏條件與有利區(qū)分析[J].河南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，34（4）：491-497.

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

（責(zé)任編輯：許建禮）