郭秀英, 陳義才, 任東超, 王曉飛, 劉東東, 孫超亞

(1.西南石油大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，成都 610500； 2.四川石油天然氣發(fā)展研究中心，成都 610500；3.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，成都 610059)

中國(guó)南方海相頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選的模糊相似法

郭秀英1,2, 陳義才3, 任東超3, 王曉飛3, 劉東東3, 孫超亞3

(1.西南石油大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，成都 610500； 2.四川石油天然氣發(fā)展研究中心，成都 610500；3.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，成都 610059)

[摘要]有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選是頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的前提。根據(jù)中國(guó)南方海相頁(yè)巖氣成藏特點(diǎn)，篩選了頁(yè)巖有效厚度、有機(jī)碳含量、孔隙度等13項(xiàng)頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且結(jié)合國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣勘探開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的厚度大、非均質(zhì)性以及勘探早期對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)值的地質(zhì)認(rèn)識(shí)準(zhǔn)確度較低，用區(qū)間數(shù)距離體現(xiàn)頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選的不確定信息評(píng)價(jià)指標(biāo)值差異，應(yīng)用模糊相似理論，建立了頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選的分級(jí)、分類并能區(qū)分優(yōu)劣的模糊相似方法。實(shí)例計(jì)算分析結(jié)果表明，該方法與綜合信息疊合法相比，評(píng)價(jià)結(jié)果可靠程度高，而且能判明被評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)的有利類型和優(yōu)劣順序。

[關(guān)鍵詞]決策分析；模糊相似法；模糊相似系數(shù)；海相頁(yè)巖氣；有利目標(biāo)區(qū)；評(píng)價(jià)指標(biāo)

中國(guó)頁(yè)巖氣分布廣、資源豐富，但是頁(yè)巖氣勘探開發(fā)起步較晚。頁(yè)巖氣作為內(nèi)源氣，其分布范圍不受嚴(yán)格意義的圈閉控制。在區(qū)域構(gòu)造、沉積相帶分析基礎(chǔ)上，通過(guò)頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)關(guān)鍵因素的平面分布圖進(jìn)行疊合分析可以初步劃分出頁(yè)巖氣的有利區(qū)[1-9]。近年來(lái)，隨著四川盆地海相頁(yè)巖氣的研究不斷深入，在威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧以及礁石壩等地區(qū)龍馬溪組、筇竹寺組頁(yè)巖氣勘探開發(fā)取得突破性進(jìn)展，不僅證實(shí)了中國(guó)海相頁(yè)巖氣的勘探潛力，同時(shí)也為頁(yè)巖氣的進(jìn)一步選區(qū)評(píng)價(jià)和勘探開發(fā)提供了重要的參考對(duì)象。中國(guó)海相頁(yè)巖氣成藏條件復(fù)雜，影響頁(yè)巖氣成藏的地質(zhì)因素較多，各地質(zhì)因素的影響程度又存在差異?？碧介_發(fā)初期人們準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)頁(yè)巖氣成藏的各地質(zhì)因素條件還有局限性，加之頁(yè)巖儲(chǔ)層段厚度較大、非均質(zhì)性強(qiáng)，通過(guò)實(shí)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)往往采用取值范圍的區(qū)間數(shù)才能合理反映評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際特征。因此，當(dāng)頁(yè)巖氣地質(zhì)研究初步確定了一系列潛在有利區(qū)塊之后，采用有效的定量分析方法進(jìn)一步綜合評(píng)價(jià)各區(qū)塊的優(yōu)劣，對(duì)頁(yè)巖氣的經(jīng)濟(jì)合理勘探開發(fā)具有重要意義。目前已有學(xué)者采用對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)值范圍人為分級(jí)，并以其打分值或平均值代替各評(píng)價(jià)指標(biāo)值范圍，或直接以頁(yè)巖氣各評(píng)價(jià)指標(biāo)值范圍的上、下界代替各評(píng)價(jià)指標(biāo)值范圍，定量評(píng)價(jià)優(yōu)選頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)[10-13]；但未充分利用各評(píng)價(jià)指標(biāo)取值范圍的不確定信息，評(píng)價(jià)優(yōu)選結(jié)果反映待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)真實(shí)優(yōu)劣狀況欠佳。因此，本文應(yīng)用模糊理論、不確定信息多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)理論，充分考慮和利用各評(píng)價(jià)指標(biāo)取值范圍的不確定信息，提出頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選的模糊相似方法，并以當(dāng)前四川盆地海相頁(yè)巖氣勘探開發(fā)區(qū)塊的實(shí)際資料，驗(yàn)證評(píng)價(jià)方法的合理性、有效性和可操作性。

1有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

頁(yè)巖氣是自生自儲(chǔ)的非常規(guī)天然氣，主要以吸附態(tài)賦存于有機(jī)質(zhì)顆粒與黏土礦物表面，或者以游離態(tài)賦存于基質(zhì)孔隙與天然裂縫中[14]。中國(guó)海相頁(yè)巖氣勘探前景最好，特別是四川盆地及其周緣地區(qū)，其成藏條件與美國(guó)商業(yè)開發(fā)的頁(yè)巖氣藏具有相似性，但成熟度普遍較高、埋深較大、后期抬升構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈、保存條件較差等[15]。頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)是頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)因素與地面因素達(dá)到一定條件的有效組合區(qū)，并且關(guān)鍵在于頁(yè)巖氣藏的富集。

1.1頁(yè)巖氣成藏的控制因素

1.1.1頁(yè)巖氣的生烴因素

頁(yè)巖氣的商業(yè)勘探與開發(fā)需要豐富的氣源物質(zhì)基礎(chǔ)，要求其生烴能力應(yīng)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)。頁(yè)巖生烴因素主要包括以下4個(gè)方面。

a.有機(jī)碳含量(TOC)：頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)干酪根既是頁(yè)巖氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是頁(yè)巖氣聚集的重要控制因素之一。TOC含量越高，頁(yè)巖生氣能力越強(qiáng)，含氣量越大，越有利于頁(yè)巖氣藏的富集[16,17]。具有商業(yè)開采價(jià)值的頁(yè)巖氣藏TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wTOC)一般>2%，但有部分學(xué)者認(rèn)為在熱成熟度高的地區(qū)可降至1%，而在頁(yè)巖氣核心開發(fā)區(qū)的wTOC>2.5%[18]。

b.有機(jī)質(zhì)類型：頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型既影響頁(yè)巖的生氣能力，也影響頁(yè)巖的含氣量。中國(guó)海相頁(yè)巖氣的有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型、Ⅱ1型干酪根。

c.熱成熟度(Ro)：Ro是影響頁(yè)巖生烴能力的重要因素，其大小影響頁(yè)巖的生氣量和對(duì)烴類氣體的保存[19]。中國(guó)海相頁(yè)巖氣為熱成因型，其成藏的必要條件是頁(yè)巖進(jìn)入生氣窗1.1%≤Ro≤3%，累積生氣能力逐漸達(dá)到最大；Ro<1.1%，處于生油窗，生氣量有限且溶解于油中；Ro>3%，成熟度過(guò)高，生氣能力逐漸衰竭，缺乏不間斷供氣、連續(xù)聚集成藏的地質(zhì)條件；Ro>4%，有機(jī)質(zhì)生烴作用終止，頁(yè)巖氣藏保存變差[20]。美國(guó)勘探開發(fā)的頁(yè)巖氣成熟度多數(shù)在1.1%～2.5%之間[21,22]；中國(guó)海相頁(yè)巖成熟度相對(duì)較高，一般在1.8%～3.5%[20]。

d.頁(yè)巖有效厚度(d有效)：頁(yè)巖有效厚度不僅影響頁(yè)巖氣的成藏規(guī)模，而且關(guān)系到頁(yè)巖氣開發(fā)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。頁(yè)巖有效厚度一般是指wTOC>2%的單層頁(yè)巖厚度或含有少量砂巖等夾層的頁(yè)巖連續(xù)厚度。對(duì)高熱演化地區(qū)，特別是Ⅰ型有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，其有效厚度是指wTOC>1%的頁(yè)巖厚度[10]。頁(yè)巖有效厚度越大，其封蓋能力越強(qiáng)，越有利于頁(yè)巖氣的保存，儲(chǔ)量豐度越高，越有益于開發(fā)。美國(guó)商業(yè)性生產(chǎn)的頁(yè)巖氣藏頁(yè)巖有效厚度一般在15 m以上，核心區(qū)的頁(yè)巖有效厚度在30 m以上[1]。目前為止，中國(guó)商業(yè)性開采的頁(yè)巖有效厚度下限一般在20～30 m。在頁(yè)巖生氣能力較高的地區(qū)，頁(yè)巖有效厚度下限可適當(dāng)降低[16]。

1.1.2頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集因素

頁(yè)巖氣是自生自儲(chǔ)的非常規(guī)天然氣，頁(yè)巖的儲(chǔ)層物性、含氣量對(duì)頁(yè)巖氣富集成藏至關(guān)重要。

a.孔隙度(q)：孔隙是頁(yè)巖氣儲(chǔ)存的主要空間，是儲(chǔ)層特征評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)。頁(yè)巖孔隙度與頁(yè)巖含氣量間成正相關(guān)關(guān)系，頁(yè)巖孔隙度越大，儲(chǔ)氣能力就越強(qiáng)。美國(guó)商業(yè)開采頁(yè)巖氣的孔隙度一般在2%～10%[1]。中國(guó)海相頁(yè)巖孔隙度在2%～12%，與美國(guó)等頁(yè)巖孔隙度的大小基本相似[15]。結(jié)合前人研究成果與中國(guó)海相頁(yè)巖氣勘探實(shí)踐，以2%作為中國(guó)海相頁(yè)巖氣有利區(qū)的頁(yè)巖孔隙度下限值。

b.滲透率(K)：頁(yè)巖基質(zhì)滲透率非常低。美國(guó)商業(yè)開采頁(yè)巖氣的基質(zhì)滲透率一般<0.1×10-3μm2，只有進(jìn)行人工壓裂改造產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫才能進(jìn)行商業(yè)開采。頁(yè)巖滲透率與孔隙度呈一定的正相關(guān)性，但受裂縫發(fā)育程度的影響更大，頁(yè)巖滲透率與裂縫發(fā)育程度一致。因此，頁(yè)巖基質(zhì)滲透率可以不作為選區(qū)的獨(dú)立評(píng)價(jià)指標(biāo)。

c.含氣量:頁(yè)巖含氣量是評(píng)價(jià)優(yōu)選頁(yè)巖氣勘探開發(fā)目標(biāo)區(qū)的重要關(guān)鍵指標(biāo)。頁(yè)巖含氣量越大，頁(yè)巖氣藏富集程度越高，越有利于勘探開發(fā)。美國(guó)商業(yè)開采頁(yè)巖氣藏含氣量為0.44～9.91 m3/t，四川盆地海相頁(yè)巖氣試采區(qū)的含氣量一般在1 m3/t以上[6]。

1.1.3頁(yè)巖氣的保存因素

頁(yè)巖氣雖然具有依靠自身的毛細(xì)管力、固體表面吸附力進(jìn)行封閉成藏，但是頁(yè)巖氣的甲烷分子半徑小、活動(dòng)性強(qiáng)，良好的保存條件是形成具有工業(yè)價(jià)值頁(yè)巖氣藏的重要條件之一。頁(yè)巖氣的保存條件主要包括致密巖性的封蓋層和異常高壓以及地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)。

a.封蓋層：厚度大而巖性致密的蓋層可以有效抑制頁(yè)巖氣散失，使頁(yè)巖氣得以更加有效地保存、富集成藏。封蓋層的封蓋能力主要與巖性有關(guān)，不同巖性的封蓋能力從低到高依次為：一般砂巖、致密砂巖、灰?guī)r、泥巖、膏鹽巖等。

b.壓力系數(shù)：在相同頁(yè)巖儲(chǔ)層埋深條件下，頁(yè)巖氣地層壓力越大，即壓力系數(shù)越大，反映頁(yè)巖氣的保存條件越好，頁(yè)巖儲(chǔ)層的含氣量也越大[23]。美國(guó)主要海相產(chǎn)氣頁(yè)巖一般是以超壓和微超壓為主，壓力系數(shù)為1～2.07，含氣量較大。四川盆地寧203井龍馬溪組壓力系數(shù)為2.03，實(shí)測(cè)含氣量為3.5～6.5 m3/t；建深1井壓力系數(shù)為1.72～2.02，鉆井過(guò)程中頁(yè)巖氣有較強(qiáng)的顯示[15,24]?？梢?jiàn)，處在超壓和微超壓狀態(tài)的頁(yè)巖氣區(qū)是頁(yè)巖氣成藏的有利區(qū)。中國(guó)南方海相頁(yè)巖氣大多呈現(xiàn)低壓異常，僅在四川盆地構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的地區(qū)壓力系數(shù)較高，含氣量也較高。綜上，中國(guó)海相頁(yè)巖氣有利區(qū)的壓力系數(shù)應(yīng)該為>1.0。

c.地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)：頁(yè)巖氣分布雖然不受到構(gòu)造圈閉控制，但是斷層作為油氣垂向運(yùn)移的重要通道，不利于頁(yè)巖氣的保存。在相對(duì)穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造背景下，地層傾角較小，大-中型斷層較少，斷層活動(dòng)比較微弱，有利于頁(yè)巖氣的保存，如Barnett頁(yè)巖氣藏高產(chǎn)井一般都分布在大型斷層不發(fā)育區(qū)域[16]。四川盆地威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧以及礁石壩地區(qū)頁(yè)巖氣高產(chǎn)井,也均距離大、中型斷層約2～3 km。所以，頁(yè)巖氣勘探開發(fā)選區(qū)時(shí)，應(yīng)遠(yuǎn)離長(zhǎng)期活動(dòng)的大型斷層、通天斷層和斷裂發(fā)育的高陡構(gòu)造帶[20]。

1.2頁(yè)巖氣開發(fā)條件

頁(yè)巖氣藏是典型的致密氣藏，采用規(guī)?；姐@井的人工壓裂改造才能進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定的商業(yè)化開采。頁(yè)巖氣開發(fā)條件主要包括頁(yè)巖中脆性礦物含量、頁(yè)巖氣埋藏深度以及地面條件。

a.脆性礦物含量：頁(yè)巖人工壓裂形成的裂縫發(fā)育程度與頁(yè)巖的礦物組成、力學(xué)性質(zhì)關(guān)系密切。頁(yè)巖脆性礦物含量越高，越易產(chǎn)生天然裂縫和應(yīng)力誘導(dǎo)裂縫，越有利于頁(yè)巖氣的開發(fā)[25]。國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣開發(fā)經(jīng)驗(yàn)表明，頁(yè)巖脆性礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)>40%，才有利于商業(yè)開采。

b.頁(yè)巖氣埋深：埋深是影響頁(yè)巖氣勘探開發(fā)成本的重要因素。隨著頁(yè)巖氣儲(chǔ)層埋深的增加，頁(yè)巖氣保存趨于有利，但頁(yè)巖氣的勘探開發(fā)成本將增加。美國(guó)主要產(chǎn)氣頁(yè)巖埋深為0.18～4.3 km[26]。中國(guó)海相頁(yè)巖經(jīng)歷了較強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)，上覆地層遭受不同程度的剝蝕。因此，頁(yè)巖氣的埋深不宜太淺，也不能太深，一般在1～4 km較為合適。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層埋深不是頁(yè)巖氣商業(yè)開發(fā)的決定性因素，隨著科技的進(jìn)步，頁(yè)巖氣開采的深度將不斷增大[27]。

c.地面條件：頁(yè)巖氣開發(fā)成本較高，適宜的地面條件可以在一定程度上有助于提高頁(yè)巖氣開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益。因此，頁(yè)巖氣選區(qū)要考慮地表?xiàng)l件，如水資源、地形、道路交通等，以及天然氣管網(wǎng)等地面設(shè)施。

1.3評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

中國(guó)海相頁(yè)巖氣藏與美國(guó)成功開發(fā)的頁(yè)巖氣藏大致相似，但也存在一定的差異，特別是保存條件總體較差。因此，進(jìn)行頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選要高度重視保存條件，充分考慮斷層、埋深、蓋層、壓力系數(shù)等。綜合前人研究成果[8-12,28]，從頁(yè)巖氣的生成、儲(chǔ)集、保存地質(zhì)特點(diǎn)及勘探開發(fā)地質(zhì)、地面條件，篩選出13個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

2有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選的模糊相似法

2.1基本概念與原理

根據(jù)表1的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，能夠直觀地評(píng)價(jià)某些典型區(qū)塊的優(yōu)劣。以頁(yè)巖有效厚度、有機(jī)碳含量2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)為例(圖1)，若待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)的每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值均在有利區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)或更好，那么該頁(yè)巖氣區(qū)即為有利區(qū)；若待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)的每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值均在較有利區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則該頁(yè)巖氣區(qū)即為較有利區(qū)；若待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)的每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值均在不利區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)或更差，則該頁(yè)巖氣區(qū)即為不利區(qū)。一般情況下，待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)值不全是絕對(duì)的優(yōu)或絕對(duì)的較優(yōu)或絕對(duì)的劣，而是介于其間；那么，可由待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)與理想有利區(qū)、理想較有利區(qū)、理想不利區(qū)的接近程度大小，來(lái)判定待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)的有利類型及其優(yōu)劣狀況。此外，由于評(píng)價(jià)指標(biāo)間具一定的互補(bǔ)性，即某一評(píng)價(jià)指標(biāo)值較差，可由其他較好的評(píng)價(jià)指標(biāo)值補(bǔ)償，使其成為較好的頁(yè)巖氣區(qū)；因此，頁(yè)巖氣區(qū)的優(yōu)劣取決于各評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合作用的結(jié)果。

圖1　頁(yè)巖氣選區(qū)模糊相似評(píng)價(jià)法示意圖Fig.1　Diagram showing evaluation of shale gas target area by fuzzy similarity method

頁(yè)巖氣成藏多數(shù)地質(zhì)因素具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，以及人們認(rèn)識(shí)頁(yè)巖氣藏的局限性，使得獲得的頁(yè)巖氣區(qū)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)值不是精確數(shù)，而是一個(gè)取值范圍，即區(qū)間數(shù)。如：實(shí)測(cè)川東地區(qū)JY1井龍馬溪組下段約45 m厚度優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wTOC)取值為1.04%～5.89%，孔隙度(q)取值為2.78%～7.08%，脆性礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50.9%～83.4%，含氣量為0.89～5.19 m3/t(圖2)[29]；那么頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選應(yīng)綜合全面考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)值的變化范圍，而不應(yīng)只考慮其平均值或者上、下界。

表1　海相頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

圖2　四川盆地JY1井龍馬溪組頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)指標(biāo)縱向分布特征Fig.2　Vertical distribution of shale gas evaluation index of Well JF1 for Longmaxi Formation in Sichuan Basin

因此，為合理優(yōu)選頁(yè)巖氣勘探開發(fā)有利目標(biāo)區(qū)，提出充分考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)值范圍的頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選的模糊相似法。

為論述模糊相似法的方便，先定義實(shí)數(shù)與區(qū)間數(shù)的乘積、區(qū)間數(shù)的距離：

定義1實(shí)數(shù)k>0與區(qū)間數(shù)a=[a-,a+](0≤a-≤a+)的乘積為

k·a=[k·a-,k·a+]

(1)

定義2區(qū)間數(shù)a=[a-,a+]與區(qū)間數(shù)b=[b-,b+]的距離為

(2)

(3)

(4)

其中:d(xik, xjk)由定義2的式(2)計(jì)算而得，c取適當(dāng)值，使0≤sij≤1。sij越大，xi與xj越相似相近。

表1中有利目標(biāo)區(qū)、較有利目標(biāo)區(qū)、不利目標(biāo)區(qū)指標(biāo)值對(duì)應(yīng)區(qū)域分別稱為理想有利目標(biāo)區(qū)、理想較有利目標(biāo)區(qū)、理想不利目標(biāo)區(qū)。由于成熟度(G4)的較有利指標(biāo)值為1.3%～1.6%或2.5%～4%，埋深(G10)的較有利指標(biāo)值為0.5～1.5 km或3～4 km；成熟度(G4)的不利指標(biāo)值為4%～5%或0.4%～1.3%，埋深(G10)的不利指標(biāo)值為0.2～0.5 km或4～5 km，因此，對(duì)應(yīng)理想有利目標(biāo)區(qū)1個(gè)，記為Am+1，其對(duì)應(yīng)指標(biāo)值向量記為am+1；對(duì)應(yīng)理想較有利目標(biāo)區(qū)有4個(gè)，記為：Am+2、Am+3、Am+4、Am+5，其對(duì)應(yīng)指標(biāo)值向量分別記為am+2，am+3，am+4，am+5；對(duì)應(yīng)理想不利目標(biāo)區(qū)有4個(gè)，記為：Am+6、Am+7、Am+8、Am+9，其對(duì)應(yīng)指標(biāo)值向量分別記為：am+6，am+7，am+8，am+9(表2)。

如表1、表2所示，有機(jī)質(zhì)類型(G3)、裂縫發(fā)育程度(G8)、蓋層(G11)、地表?xiàng)l件(G12)、地面設(shè)施(G13)為定性指標(biāo)，為有效定量評(píng)價(jià)各待評(píng)價(jià)優(yōu)選頁(yè)巖氣區(qū)，本文采用3等級(jí)評(píng)比量表法定量化各定性指標(biāo)值：將有利指標(biāo)值賦3，較有利指標(biāo)值賦2，不利指標(biāo)值賦1。

為消除頁(yè)巖氣區(qū)各評(píng)價(jià)指標(biāo)值間存在的數(shù)量級(jí)和量綱差異，采用式(5)標(biāo)準(zhǔn)化各指標(biāo)值

(5)

(i=1,2,…,m+9；j=1,2,…,13)

各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選的貢獻(xiàn)和重要程度不同，應(yīng)區(qū)分對(duì)待；因此，由定義1構(gòu)造反映評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性的加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值矩陣

(6)

表2　海相頁(yè)巖氣理想目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)值

理想有利目標(biāo)區(qū)、理想較有利目標(biāo)區(qū)、理想不利目標(biāo)區(qū)在實(shí)際中一般不存在，是假想的，實(shí)際待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)常常是與這3種類型的理想目標(biāo)區(qū)之一更相近、相似。待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)Ai(i=1,2,…,m)與理想有利目標(biāo)區(qū)、理想較有利目標(biāo)區(qū)、理想不利目標(biāo)區(qū)的相似系數(shù)分別由定義3的式(4)衡量，其中與Ai(i=1,2,…,m)相似系數(shù)最大的理想目標(biāo)區(qū)即為頁(yè)巖氣區(qū)Ai(i=1,2,…,m)的所屬有利類型；同時(shí)，每種類型頁(yè)巖氣區(qū)中，相似系數(shù)越大的頁(yè)巖氣區(qū)在該種類型的頁(yè)巖氣區(qū)中越優(yōu)。

值得指出的是，若待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)存在關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)值在不利區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)或者更差，則實(shí)行“一票否決權(quán)”，將該頁(yè)巖氣區(qū)直接評(píng)為不利區(qū)。實(shí)際頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選中，這種不利區(qū)已排除在待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)之外。

2.2有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選步驟

綜合以上分析，模糊相似法優(yōu)選海相頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)的過(guò)程如下。

a.構(gòu)造優(yōu)選頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值矩陣并標(biāo)準(zhǔn)化。

b.按式(6)求得加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)值矩陣Z。

c.按式(4)計(jì)算待評(píng)價(jià)優(yōu)選頁(yè)巖氣區(qū)Ai(i=1,2,…,m)關(guān)于理想有利目標(biāo)區(qū)Am+1，理想較有利目標(biāo)區(qū)Am+2、Am+3、Am+4、Am+5, 理想不利目標(biāo)區(qū)Am+6、Am+7、Am+8、Am+9的相似系數(shù)si,m+1、si,m+2、si,m+3、si,m+4、si,m+5、si,m+6、si,m+7、si,m+8、si,m+9。

d.確定待評(píng)價(jià)優(yōu)選頁(yè)巖氣區(qū)Ai的類型。

e.確定各類型頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)中的各頁(yè)巖氣區(qū)的優(yōu)劣。

在每種類型頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)中，根據(jù)各待評(píng)價(jià)優(yōu)選頁(yè)巖氣區(qū)的相似系數(shù)大小，確定其優(yōu)劣。相似系數(shù)越大，對(duì)應(yīng)的待評(píng)價(jià)優(yōu)選頁(yè)巖氣區(qū)越優(yōu)；反之，越劣。

3實(shí)例分析

為了驗(yàn)證上述模糊相似法的可行性和有效性，選擇四川盆地已進(jìn)入開發(fā)初期階段的5個(gè)海相頁(yè)巖氣區(qū)作為評(píng)價(jià)實(shí)例。這5個(gè)頁(yè)巖氣區(qū)塊分別為川東的JY1井區(qū)(龍馬溪組)、川南W201井區(qū)(龍馬溪組)、W201井區(qū)(筇竹寺組)、N201井區(qū)(龍馬溪組)、N203井區(qū)(龍馬溪組)，區(qū)塊編號(hào)依次為A1、A2、A3、A4、A5，評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)資料如表3所示。

a.用模糊相似法對(duì)表3所示的頁(yè)巖氣區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選。評(píng)價(jià)指標(biāo)Gj的權(quán)重wj(j=1,2,…,13)采用文獻(xiàn)[31]的方法客觀確定(表4)。

首先，按式(5)標(biāo)準(zhǔn)化頁(yè)巖氣區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值，并按式(6)求其加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)值；然后，借助式(2)，取c=0.1，按式(4)計(jì)算待評(píng)價(jià)優(yōu)選頁(yè)巖氣區(qū)關(guān)于理想有利目標(biāo)區(qū)A6，理想較有利目標(biāo)區(qū)A7、A8、A9、A10，理想不利目標(biāo)區(qū)A11、A12、A13、A14的相似系數(shù)，結(jié)果如表5所示。區(qū)塊A1、A5與理想有利目標(biāo)區(qū)的相似系數(shù)最大，分別為s1，6=0.986 562、s5，6=0.978 895，所以A1、A5為有利區(qū)塊，且A1優(yōu)于A5；區(qū)塊A2、A3、A4與理想較有利目標(biāo)區(qū)的相似系數(shù)最大，分別為s2，9=0.981 413、s3，10=0.985 549、s4，10=0.978 386，所以A2、A3、A4為較有利區(qū)塊，且A3優(yōu)于A2優(yōu)于A4。

綜上，5個(gè)待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)的總體優(yōu)劣次序?yàn)椋篈1優(yōu)于A5優(yōu)于A3優(yōu)于A2優(yōu)于A4，且前2個(gè)區(qū)塊A1、A5為有利區(qū)，后3個(gè)區(qū)塊A3、A2、A4為較有利區(qū)。該優(yōu)劣評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際開發(fā)結(jié)果顯示的區(qū)塊優(yōu)劣順序一致，說(shuō)明本文的方法是有效的，并且可操作性強(qiáng)，利用Excel就可快速進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選。

b.用綜合信息疊合法對(duì)表3所示的頁(yè)巖氣區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選。依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的平均值信息疊合評(píng)價(jià)優(yōu)選結(jié)果為A1優(yōu)于A5、A4優(yōu)于A3優(yōu)于A2，但A5、A4目測(cè)難以準(zhǔn)確區(qū)分優(yōu)劣(圖3)。依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的取值范圍即區(qū)間數(shù)信息疊合評(píng)價(jià)優(yōu)選結(jié)果為A1優(yōu)于A4優(yōu)于A5優(yōu)于A3優(yōu)于A2，但A5、A3目測(cè)區(qū)分度不明確(圖4)。

表3　待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值

表4　評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

表5　待評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣區(qū)關(guān)于理想頁(yè)巖氣區(qū)的模糊相似系數(shù)

可見(jiàn)，2種不同角度的綜合信息疊合結(jié)果：最優(yōu)頁(yè)巖氣區(qū)均為A1，與模糊相似法和實(shí)際勘探開發(fā)的結(jié)果一樣，這也與A1各評(píng)價(jià)指標(biāo)值明顯優(yōu)于其他頁(yè)巖氣區(qū)的實(shí)際相符；最劣頁(yè)巖氣區(qū)均為A2，不同于模糊相似法的最劣頁(yè)巖氣區(qū)A4，這與決定頁(yè)巖氣區(qū)優(yōu)劣的重要指標(biāo)——含氣量、脆性礦物含量、壓力系數(shù)等，A4均劣于A2不符，并且2種不同角度的綜合信息疊合的5個(gè)頁(yè)巖氣區(qū)優(yōu)劣結(jié)果均不同模糊相似法的結(jié)果，這主要是綜合信息疊合沒(méi)有考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度(權(quán)重)所致。另外，2種不同角度的綜合信息疊合所得的5個(gè)頁(yè)巖氣區(qū)的優(yōu)劣次序不盡一致，說(shuō)明以平均值代替評(píng)價(jià)指標(biāo)值的取值范圍是不盡合理的；而且綜合信息疊合評(píng)價(jià)優(yōu)選的頁(yè)巖氣區(qū)還難以斷定其有利的類型，這對(duì)合理選取勘探開發(fā)的頁(yè)巖氣區(qū)可靠性差。

圖3　評(píng)價(jià)指標(biāo)的平均值信息疊合示意圖Fig.3　Diagram of coincidence evaluation index with average value

圖4　評(píng)價(jià)指標(biāo)的區(qū)間值信息疊合示意圖Fig.4　Diagram of coincidence evaluation index with interval value

4結(jié) 論

a.中國(guó)海相頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件復(fù)雜，頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)必須全面、系統(tǒng)，且充分反映中國(guó)海相頁(yè)巖處于高—過(guò)成熟熱裂解成氣階段，埋深大，保存條件較差，地表多為丘陵和山地等特點(diǎn)。

b.頁(yè)巖氣成藏控制因素條件和資源規(guī)模等具有非均質(zhì)性，勘探開發(fā)初期人們對(duì)頁(yè)巖氣藏地質(zhì)認(rèn)識(shí)具有一定局限性。因此，獲得的評(píng)價(jià)優(yōu)選頁(yè)巖氣區(qū)的各項(xiàng)指標(biāo)值不是精確數(shù)，而是一取值范圍，即區(qū)間數(shù)。評(píng)價(jià)優(yōu)選頁(yè)巖氣區(qū)時(shí)，應(yīng)充分考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)值的取值范圍，不能簡(jiǎn)單地以取值范圍的平均數(shù)、上下界、打分值代替。

c.模糊相似法應(yīng)用模糊相似理論、不確定信息多目標(biāo)決策理論，充分考慮和利用頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)取值范圍的不確定性信息，不僅可以對(duì)頁(yè)巖氣有利目標(biāo)區(qū)進(jìn)行分級(jí)、分類，而且能夠區(qū)分出各個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)區(qū)的優(yōu)劣。

d.用本文方法對(duì)四川盆地及周緣的5個(gè)頁(yè)巖氣區(qū)評(píng)價(jià)優(yōu)選，結(jié)果與實(shí)際勘探開發(fā)的結(jié)果相符，表明本文的方法是合理的、有效的，并且方法簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，利用Excel即可快速進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選。

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The application of fuzzy similarity method to preferably favorable target area of marine shale gas in South China

GUO Xiu-ying1,2, CHEN Yi-cai3, REN Dong-chao3, WANG Xiao-fei3,LIU Dong-dong3, SUN Chao-ya3

1.SchoolofEconomicsandManagement,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu610500,China;2.DevelopmentResearchCenterforSichuanPetroleumandNaturalGas,Chengdu610500,China;3.CollegeofEnergyResources,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

Abstract:The preferred selection of favorable target area is the precondition of shale gas exploration and development. According to the accumulation characteristics of China marine shale gas, this study selects 13 comprehensive evaluation index of preferably favorable target area of shale gas, including effective thickness of shale, organic carbon content and so on. The evaluation index of classified evaluation standard is established in reference to domestic and international experience in shale gas exploration and development. Large thickness of shale gas reservoirs and heterogeneity leads to lower accuracy of geological data for evaluation index values in the early exploration, therefore, interval distance is used to reflect the difference of uncertain information evaluation index values of preferably favorable target area of shale gas and fuzzy similarity theory is used to establish the fuzzy similarity method for the classification and systematization of preferably favorable target area of shale gas and also distinguishes the good and bad shale gas. Practice calculation analysis shows that this method has a high degree of reliability on the results of the evaluation compared with comprehensive information superposition methods, and it also can determine the advantageously type and order of all evaluation shale gas area. This method proves to be a new tool for the preferred selection of favorable target area.

Key words:analysis of decision-making; fuzzy similarity method; fuzzy similarity coefficient; marine shale gas; favorable target area; evaluation index and standard

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2016.03.09

[文章編號(hào)]1671-9727(2016)03-0326-10

[收稿日期]2015-08-01。

[基金項(xiàng)目]國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2012ZX05018-006); 四川省科技廳軟件科學(xué)研究項(xiàng)目(2016ZR002P); 四川省社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地四川石油天然氣發(fā)展研究中心資助項(xiàng)目(川油氣科SKA15-01)。

[通信作者]陳義才(1963-)，男，博士，副教授,研究方向：油氣地球化學(xué), E-mail：cdlgcyc@126.com。

[分類號(hào)]TE132.2

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[第一作者] 郭秀英(1962-)，女，碩士，副教授,研究方向：項(xiàng)目綜合評(píng)價(jià)及優(yōu)化決策,E-mail：guoxiuying@swpu.edu.cn。