模糊綜合評判在油氣勘探多學(xué)科指標(biāo)評價(jià)預(yù)測中的應(yīng)用
——以新疆柴窩堡凹陷為例

劉春梅，譚 青

(1.長江大學(xué) 文理學(xué)院，湖北 荊州 434020； 2.中國石化 江漢油田 荊州采油廠，湖北 荊州 434020)

模糊綜合評判在油氣勘探多學(xué)科指標(biāo)評價(jià)預(yù)測中的應(yīng)用
——以新疆柴窩堡凹陷為例

劉春梅1，譚 青2

(1.長江大學(xué) 文理學(xué)院，湖北 荊州 434020； 2.中國石化 江漢油田 荊州采油廠，湖北 荊州 434020)

應(yīng)用多學(xué)科、多指標(biāo)勘探數(shù)據(jù)和圖形資料評價(jià)一個(gè)盆地或探區(qū)內(nèi)的多個(gè)目標(biāo)，優(yōu)選有利含油氣遠(yuǎn)景靶區(qū)，傳統(tǒng)方法多是定性評估。以新疆柴窩堡凹陷為例，利用地震構(gòu)造、化探、遙感、放射性γ能譜、土壤微磁等多學(xué)科、多指標(biāo)資料，以局部構(gòu)造、構(gòu)造部位、烴微滲漏綜合異常及油氣屬性等地質(zhì)要素，采用模糊綜合評判方法對多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行量化評價(jià)，優(yōu)選了其中較有利靶區(qū)。

多學(xué)科指標(biāo)；模糊綜合評價(jià)；油氣勘探；柴窩堡凹陷；準(zhǔn)噶爾盆地

許多盆地或探區(qū)在勘探歷程中積累了大量的地質(zhì)、物探、化探、遙感、鉆井等地學(xué)資料。地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘查、開發(fā)等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用[1-3]，為綜合利用這些多學(xué)科數(shù)據(jù)和圖形進(jìn)行分類、比較、疊合、綜合分析，進(jìn)而為更精細(xì)研究油氣聚集規(guī)律，評價(jià)預(yù)測新的勘探靶區(qū)創(chuàng)造了條件。以往對勘探方向和目標(biāo)評價(jià)預(yù)測一般多采用傳統(tǒng)的方法[4-6]。這些方法雖然有效，但系定性描述。尤其是在應(yīng)用多學(xué)科、多指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)時(shí)，由于學(xué)科彼此存在復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系，要想完全精確地描述、評價(jià)它們與油氣相關(guān)這個(gè)帶有模糊性的目標(biāo)，在客觀實(shí)際上是不可能的。應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)綜合評判(簡稱“模糊綜合評判”)，以全新的比較簡潔的量化方法來解決多學(xué)科、多指標(biāo)評價(jià)多個(gè)勘探靶區(qū)的復(fù)雜問題，不失為一種合乎實(shí)際的處理方法。本文運(yùn)用該方法對新疆柴窩堡凹陷靶區(qū)進(jìn)行預(yù)測。

柴窩堡凹陷位于海西地槽褶皺帶，系準(zhǔn)噶爾盆地向東南延伸的部分。在地形上它夾持于博格達(dá)山及伊連哈比爾尕山之間，面積近3 000 km2，主體為達(dá)坂城次凹。次凹內(nèi)構(gòu)造線為近東西向，由北而南可劃分為4個(gè)構(gòu)造帶：博格達(dá)山前沖斷帶、西疙瘩背斜帶、中部柴楊斷褶帶、南部山前沖斷帶。在地史上柴窩堡在二疊紀(jì)、晚三疊世是生油凹陷區(qū)。區(qū)內(nèi)發(fā)育有多套生儲(chǔ)蓋組合形式，二疊系是成熟的主力生油巖，上三疊統(tǒng)有低熟生油層[7-9]。

從20世紀(jì)50年代開始，我國地質(zhì)和石油勘探部門先后在柴窩堡凹陷開展過重磁普查、石油地質(zhì)調(diào)查和地震工作，后來又有勘探科研部門開展過遙感、地面化探、土壤微磁性、放射性γ能譜等多學(xué)科專業(yè)的勘探普查。該區(qū)先后部署過一些探井，取得過油氣流或油氣顯示發(fā)現(xiàn)。它的勘探歷程積累了較為豐富的多學(xué)科、多指標(biāo)的測試數(shù)據(jù)和勘查圖件。盡管如此，該區(qū)因復(fù)雜的石油地質(zhì)條件仍處于持續(xù)勘查研究階段。

豐富的地學(xué)資料無疑為應(yīng)用模糊綜合評判方法進(jìn)行勘探靶區(qū)評價(jià)提供了條件。

1 綜合評價(jià)預(yù)測的方法與要素

1.1多學(xué)科指標(biāo)綜合研究的方法

(1)在GIS平臺(tái)上將多學(xué)科勘探資料(地震、遙感、化探、放射性γ能譜、土壤微磁等)成果圖制成相同經(jīng)緯度、相同比例尺底圖。

(2)分類分析：利用或重新編制化探、放射性γ能譜、土壤微磁異常圖，以及遙感地質(zhì)解譯圖。

(3)疊合分析：地化分析的烴異?；蛭g變異常與地球物理方法分析的放射性γ能譜、土壤微磁等異常進(jìn)行疊合分析(因?yàn)檫@些異常都與因烴的微滲漏或土壤蝕變產(chǎn)生的理化異常有關(guān))[10]。然后編繪出以重?zé)N為主體的多項(xiàng)指標(biāo)的烴綜合異常圖。

(4)地震構(gòu)造與遙感環(huán)狀構(gòu)造對應(yīng)分析。本區(qū)遙感環(huán)狀構(gòu)造與地震構(gòu)造對應(yīng)較好，故局部構(gòu)造(評價(jià)目標(biāo))名稱以地震構(gòu)造為主(如只有遙感隱伏構(gòu)造，則以遙感構(gòu)造命名)。

(5)局部構(gòu)造與烴綜合異常對應(yīng)分析。研究構(gòu)造對烴異常的控制關(guān)系，以及油氣運(yùn)移、聚集的規(guī)律性。

由于專業(yè)較多，圖件也很多，本文受篇幅所限，只著重討論參與多學(xué)科指標(biāo)評價(jià)的相關(guān)地質(zhì)要素和模糊綜合評判方法。

1.2參與評價(jià)的多源地學(xué)資料

(1)地震：局部構(gòu)造14個(gè)，及主要的斷裂構(gòu)造規(guī)模、走向、控制作用等資料。

(2)遙感：環(huán)狀構(gòu)造17個(gè)，線狀構(gòu)造17條，烴蝕變遙感影象異常帶3處。

(3)化探：甲烷(C1)異常23個(gè)，重?zé)N(C2+)異常16個(gè)，蝕變碳酸鹽(ΔC)異常16個(gè)，熱釋汞(Hg)異常11個(gè)，熒光光譜(F350)異常9個(gè)，甲烷碳同位素(δ13C1)樣品分析數(shù)據(jù)30個(gè)。

(4)放射性γ能譜：U異常15個(gè)，ΔU 異常32個(gè)，Th異常5個(gè)，U+ Th異常31個(gè)。

(5)土壤微磁：磁化率(Kc)異常17個(gè)。

1.3靶區(qū)分析地質(zhì)要素的確定

評價(jià)靶區(qū)的主要地質(zhì)要素來自對探區(qū)的多源地學(xué)資料的分析。柴窩堡凹陷的烴微滲漏異常明顯受斷裂構(gòu)造的控制。該區(qū)發(fā)現(xiàn)的14個(gè)局部構(gòu)造也都與斷裂構(gòu)造有關(guān)，圈閉類型多為斷鼻、斷背斜、斷塊、逆牽引構(gòu)造等。所以，油氣不僅沿?cái)嗔堰\(yùn)移，同時(shí)在運(yùn)移過程中向相鄰的上傾高部位構(gòu)造進(jìn)行聚集。這也就是在局部構(gòu)造上部可能形成環(huán)狀或半環(huán)狀烴微滲漏異常的原因[11]。因此靶區(qū)評價(jià)的地質(zhì)要素不僅是局部構(gòu)造，還有其烴的綜合異常信息。同時(shí)根據(jù)勘探的理論和實(shí)踐，還應(yīng)考慮局部構(gòu)造所在凹陷的部位，以及分析烴異常的油氣屬性指標(biāo)(δ13C1)，因?yàn)闃?gòu)造部位反映生油凹陷油氣向構(gòu)造運(yùn)聚的有利條件[12]。δ13C1值則是判別烴微滲漏異常的成因，是深部成熟的油型熱解氣，或過成熟的煤型熱解氣、裂解氣，還是未成熟的生物氣[13-15]。

2 模糊綜合評判模型

為了較客觀、全面地評價(jià)本區(qū)的含油氣遠(yuǎn)景，應(yīng)用模糊綜合評判方法[16-17]，對區(qū)內(nèi)14個(gè)構(gòu)造結(jié)合烴異常進(jìn)行靶區(qū)定量評價(jià)。

2.1模糊綜合評判對象和判據(jù)集的確定

參評靶區(qū)X是需要評判的對象全體，記為X={x1,x2,…,xj,…,xn}(n為參評靶區(qū)個(gè)數(shù))。靶區(qū)包含了局部構(gòu)造和烴綜合異常兩種重要信息，同時(shí)也考慮了構(gòu)造所處部位及烴異常的油氣屬性(δ13C1)等信息。它們共同構(gòu)成靶區(qū)評價(jià)的4個(gè)地質(zhì)要素。這些要素構(gòu)成判據(jù)集U，U={u1,u2,u3,u4}。

2.2構(gòu)造評判矩陣R

R可以看作集合X到集合U的模糊關(guān)系，R∈(X×U)，為集合U的一個(gè)模糊集。其中rij稱為單項(xiàng)地質(zhì)因素評價(jià)，表示地質(zhì)因素ui對參評異常區(qū)塊xj的評價(jià)指標(biāo)(rij∈[0,1])，可以理解為參評異常區(qū)塊xj具備地質(zhì)因素ui的程度，即xj對于因素ui的隸屬度。因此參評區(qū)塊的綜合評判矩陣R為：

R=[rij]m×n,其中i=1,2,…,m；j=1,2,…,n(m=4，n=14)。

2.3評價(jià)指標(biāo)rij決定原則

由于各地質(zhì)因素主要表現(xiàn)為定性指標(biāo)，由定性指標(biāo)決策法，可以將各區(qū)塊地質(zhì)因素變化的程度分為a，b，c 3個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)評定值從高到低分別為0.8,0.5,0.2。

(1)烴綜合異常：由化探、微磁、γ能譜構(gòu)成的綜合異常，實(shí)質(zhì)上反映了與油氣有關(guān)的烴微滲漏異常或烴的蝕變現(xiàn)象的直接或間接指示的重要信息。本區(qū)綜合異常分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)。重?zé)N異常較強(qiáng)，其他相伴生的多指標(biāo)異常較全的評為Ⅰ級(jí)；重?zé)N異常較小，其他多指標(biāo)異常較全的評為Ⅱ級(jí)；重?zé)N異常小，其他指標(biāo)異常不全的評為Ⅲ級(jí)。如局部構(gòu)造上部的烴綜合異常具有Ⅰ、Ⅱ級(jí)規(guī)模，呈半環(huán)狀分布，其評價(jià)賦予“a”級(jí)；綜合異常在Ⅱ、Ⅲ級(jí)，異常形態(tài)為半環(huán)狀，其評價(jià)賦予“b”級(jí)；Ⅲ級(jí)及以下綜合異常，形態(tài)不佳，賦予“c”級(jí)。

(2)油氣屬性：甲烷碳同位素(δ13C1)是反映烴氣成因的重要指標(biāo)，能有效區(qū)分油型熱解氣、煤型熱解氣及生物氣。因此根據(jù)化探樣品碳同位素值，參考天然氣標(biāo)準(zhǔn)，確定-55‰<δ13C1≤-35‰為“a”級(jí)，屬油型熱解氣；δ13C1>-35‰為“b”級(jí)，屬煤型熱解氣或裂解氣；δ13C1≤-55‰為“c”級(jí)，屬生物氣。

(3)局部構(gòu)造：局部構(gòu)造評定值由可靠程度來確定。地震資料圈定并落實(shí)的圈閉構(gòu)造為“a”級(jí)；可靠程度未定或圈閉情況不明的局部構(gòu)造為“b”級(jí)；局部構(gòu)造根據(jù)遙感環(huán)狀影像異常認(rèn)為的“隱伏構(gòu)造”為“c”級(jí)。

(4)構(gòu)造部位：構(gòu)造部位的評價(jià)主要依據(jù)局部構(gòu)造所處生油凹陷的位置，以及目的層的特征和埋藏深淺來確定。這是因?yàn)?，我國陸相沉積盆地油氣勘探的理論和實(shí)踐證明，靠近生油凹陷的構(gòu)造高部位一般是最有利的油氣指向。同時(shí)對鄰近生油凹陷和局部構(gòu)造的斷層性質(zhì)及對油氣保存的影響亦應(yīng)有充分考慮。在本區(qū)，根據(jù)烴異常與構(gòu)造的關(guān)系，北北東和北西向或多組方向構(gòu)造的交會(huì)部位是油氣運(yùn)聚的有利地帶，而東西向壓性斷層對烴運(yùn)移起一定阻擋作用，靠近鹽湖的北西向遙感斷裂(可能在晚期構(gòu)造活動(dòng)中開口)對相鄰構(gòu)造油氣保存可能有不利影響。在地化異常圖中沿此斷裂帶出現(xiàn)帶狀強(qiáng)烴微滲漏異常亦可表明。因此在構(gòu)造位置評價(jià)中，對鄰近生油深洼的部位評為“a”級(jí)；對距離生油深洼較遠(yuǎn)，或雖然臨近生油洼陷，但中間隔有壓性斷層帶的評為“b”級(jí)；距離生油洼陷較遠(yuǎn)，且埋藏較淺的構(gòu)造部位為“c”級(jí)。本區(qū)對靠近鹽湖北西向斷裂的構(gòu)造在評價(jià)時(shí)需加慎重。

2.4確定評判函數(shù)

在靶區(qū)量化評價(jià)時(shí)，每個(gè)參評地質(zhì)因素的貢獻(xiàn)大小或所起的作用不同，因而賦予每一參評地質(zhì)因素的權(quán)系數(shù)為A，則有因素重要程度模糊集A=(a1,a2,a3,a4)且∑ai=1(i=1,2,3,4)。烴綜合異常、碳同位素和局部構(gòu)造、構(gòu)造部位的權(quán)系數(shù)是根據(jù)它們對靶區(qū)含油氣遠(yuǎn)景評價(jià)貢獻(xiàn)大小來確定。根據(jù)多年來綜合地質(zhì)、物化探、遙感找油氣的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本區(qū)石油地質(zhì)特征，可確定一組經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為參評因素的權(quán)系數(shù)。烴綜合異常權(quán)系數(shù)為0.3，油氣屬性為0.2，局部構(gòu)造為0.3，構(gòu)造部位為0.2。于是應(yīng)用加權(quán)平均模型M(·,+)(乘積求和)，對各參評靶區(qū)進(jìn)行評價(jià)，得到模糊綜合評價(jià)集為B=A·R=(b1,b2,…,bj,…,bn)。靶區(qū)綜合評價(jià)值bj的大小是其含油氣性大小的綜合反映，因此可根據(jù)綜合評價(jià)值bj來判斷區(qū)塊的含油氣遠(yuǎn)景。根據(jù)上述分析，應(yīng)用“模糊綜合評判法”對柴窩堡地區(qū)14個(gè)異常區(qū)塊進(jìn)行含油氣遠(yuǎn)景的綜合評價(jià)預(yù)測，結(jié)果如表1所示。

表1 新疆柴窩堡靶區(qū)綜合評價(jià)

3 結(jié)論

(1)通過地質(zhì)、物探、化探、遙感等多學(xué)科指標(biāo)，以柴窩堡凹陷為例，對14個(gè)參評目標(biāo)選用構(gòu)造和烴異常等4項(xiàng)地質(zhì)要素進(jìn)行模糊綜合評判，比較客觀、全面地評價(jià)預(yù)測了區(qū)內(nèi)構(gòu)造靶區(qū)的含油氣遠(yuǎn)景，有效地減少了單項(xiàng)指標(biāo)人為定性評價(jià)的可能片面性。

(2)模糊綜合評判獲得的A級(jí)有利含油氣遠(yuǎn)景靶區(qū)有3個(gè)：柴窩堡構(gòu)造、山水地構(gòu)造、西溝下寺構(gòu)造。其中柴窩堡構(gòu)造由勘探部門先后部署柴參1井、柴參1井側(cè)1井、達(dá)1井都見有油氣流發(fā)現(xiàn)[18]。在5個(gè)B級(jí)較有利含油氣遠(yuǎn)景靶區(qū)中土墩子構(gòu)造經(jīng)鉆探亦見有油氣顯示。

(3)在其他勘探盆地或探區(qū)廣泛應(yīng)用GIS技術(shù)開展多學(xué)科多指標(biāo)評價(jià)、預(yù)測有利勘探遠(yuǎn)景區(qū)的研究中，模糊綜合評判應(yīng)不失為一種好的處理方法。筆者認(rèn)為提高靶區(qū)評價(jià)效果與地質(zhì)要素的選擇及其可靠性有關(guān)。

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(編輯韓 彧)

Applicationoffuzzycomprehensiveevaluationinoil&gasexplorationwithmultidisciplinaryassessment&forecasting: A case study on Chaiwopu Sag in Xinjiang

Liu Chunmei1, Tan Qing2

(1.CollegeofArts&Science,YangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434020,China; 2.JingzhouOilProductionPlant,SINOPECJianghanOilfield,Jingzhou,Hubei434020,China)

Most of the traditional methods are qualitative assessments in optimized selection of the oil-gas potential exploration targets within one basin or exploration zone by applying the multidisciplinary and multi-index prospecting data and graphics. This paper, makes a case study on the Chaiwopu Sag in Xinjiang, by means of fuzzy comprehensive evaluation, utilizing multidisciplinary resources based on seismotectonics, geochemical exploration, remote sense, radioactiveγenergy spectrum, soil micromagnetics, meanwhile, integrating local structure, structure position, hydrocarbon microleakage composite anomalies, oil-gas properties information and other geological essential factors, to carry out quantitative assessment on the multi-target areas, from which some of significant targets are selected as the prospecting prospects.

multidisciplinary index; fuzzy comprehensive evaluation; oil-gas exploration; Chaiwopu Sag; Junggar Basin

1001-6112(2014)01-0106-04

10.11781/sysydz201401106

2012-12-30；

：2013-11-27。

劉春梅(1984—)，女，碩士，專任教師，從事運(yùn)籌學(xué)與數(shù)理統(tǒng)計(jì)及數(shù)學(xué)地質(zhì)、資源量評價(jià)研究。E-mail: 283424415@qq.com。

TE132.1

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