黏土礦物預(yù)測(cè)方程的建立及在東營(yíng)油田的應(yīng)用

蔣文博，丁曉軍，郭華黏，許姍姍，黃 斌，李 信

（中國(guó)石油青海油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅敦煌 736202）

除了用實(shí)驗(yàn)的手段實(shí)測(cè)礦物含量外，利用測(cè)井資料預(yù)測(cè)黏土、礦物的種類和含量已經(jīng)越來(lái)越多地被應(yīng)用到地質(zhì)研究中。由于不同礦物元素含量的差異，程國(guó)華（2004）用地層元素測(cè)井資料確定儲(chǔ)層黏土含量[1]。黏土礦物中伊利石含放射性元素，蒙脫石陽(yáng)離子交換能力較強(qiáng)，比表面積大，對(duì)放射性礦物有很好的吸附性。此外，干酪根富集鈾、釷、鉀放射性元素，也能增加巖石礦物的放射性。鑒于黏土礦物的這些特性，孫建孟（1999）采用回歸分析的方法，應(yīng)用自然伽馬能譜測(cè)井確定黏土礦物的類型和含量[2]。其它如中子、密度、聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)也可以通過(guò)多元回歸應(yīng)用在確定黏土礦物含量上。前人在這一領(lǐng)域的研究應(yīng)用為此次論文提供了理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)[3]。

1 數(shù)據(jù)選取與預(yù)測(cè)模型的建立

采用X′Pert PRO MPD X射線衍射儀對(duì)東營(yíng)凹陷牛38井在深度2 815～3 309 m范圍內(nèi)40個(gè)點(diǎn)進(jìn)行礦物成分測(cè)定，得到黏土礦物含量數(shù)據(jù)。選取的測(cè)井參數(shù)種類包括電阻 （RT）、自然伽馬（GR）、自然伽馬能譜（U、Th、K、CGR）、巖性密度（DEN）、聲波時(shí)差（AC）。

研究一個(gè)因變量與多個(gè)自變量之間的關(guān)系在統(tǒng)計(jì)學(xué)上稱為多元回歸?；貧w關(guān)系的建立是按照一定的統(tǒng)計(jì)程序，經(jīng)過(guò)多步擬合和檢驗(yàn)，從一系列的可供建立回歸模型的自變量中，逐步引入回歸作用顯著的自變量，并從回歸模型中逐步剔除回歸作用變得不再顯著的自變量，以最終求得最優(yōu)回歸模型，這種方法被廣泛地應(yīng)用在各領(lǐng)域科學(xué)研究中[4-6]。

1.1 統(tǒng)一數(shù)據(jù)及單因素相關(guān)性分析

首先，將同深度的黏土礦物和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)一起來(lái)，得出黏土礦物和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)深度上一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表。測(cè)井參數(shù)有8類，這為選取合適種類的測(cè)井參數(shù)與元素含量進(jìn)行擬合增加了難度，為此，應(yīng)對(duì)測(cè)井參數(shù)和黏土礦物含量做簡(jiǎn)單的單因素相關(guān)性分析，篩選出對(duì)特定黏土礦物響應(yīng)顯著的測(cè)井參數(shù)，剔除相關(guān)性不夠顯著的自變量。

1.2 多元一次擬合

逐步增加測(cè)井參數(shù)種類，借助LINEST函數(shù)，選擇與黏土礦物相關(guān)性顯著的測(cè)井參數(shù)與黏土礦物進(jìn)行多元擬合。擬合過(guò)程中，根據(jù)自變量數(shù)目在EXCEL表中選取返回參數(shù)的區(qū)間，一般選取M列（M為自變量數(shù)目）5行，調(diào)出函數(shù)，分別選擇因變量取值區(qū)域和自變量取值區(qū)域，按住Ctrl+Shift+Enter鍵盤(pán)，在回歸值區(qū)域內(nèi)就會(huì)得到各項(xiàng)回歸值，返回各自變量的系數(shù)，可得到多元一次方程式。

1.3 方程轉(zhuǎn)換及優(yōu)化

剔除返回值中Xm系數(shù)異常小、Xm標(biāo)準(zhǔn)誤差較大所代表的自變量，進(jìn)一步控制自變量的個(gè)數(shù)，優(yōu)化回歸方程。對(duì)自變量數(shù)值區(qū)域中的參數(shù)進(jìn)行指數(shù)化、對(duì)數(shù)化、升冪、降冪等一系列轉(zhuǎn)換，調(diào)用函數(shù)重新擬合，同時(shí)觀察返回表格判定系數(shù)和Y估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)誤差的變化。選擇能使判定系數(shù)增加而Y估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)誤差變小的自變量轉(zhuǎn)換方式，使其對(duì)建立最優(yōu)化方程式貢獻(xiàn)最大。

1.4 顯著性水平檢驗(yàn)

對(duì)得出的多元方程式進(jìn)行F顯著性水平檢驗(yàn)，驗(yàn)證方程式的有效性。比如確定 LINEST的置信水平α為 0.05，查表得出F0.05（自變量個(gè)數(shù)，自由度值）的大小，對(duì)比F統(tǒng)計(jì)值和它的大小。如果F統(tǒng)計(jì)值大于F0.05，說(shuō)明自變量和因變量的相關(guān)關(guān)系達(dá)到顯著水平，擬合得出的多元方程式有效。如果F統(tǒng)計(jì)小于F0.05，則擬合所得方程式無(wú)效。

經(jīng)過(guò)上述4個(gè)步驟，建立了東營(yíng)凹陷高嶺石、伊利石、伊蒙混層和黏土礦物含量的方程式：

2 預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用

選擇東營(yíng)凹陷4個(gè)洼陷9口典型井進(jìn)行計(jì)算，得到黏土礦物含量數(shù)據(jù)（表1，表2）。數(shù)據(jù)顯示沙三下頂面和沙四上頂面黏土礦物總量基本上都未超過(guò)礦物總量的50%，沙三下頂面均值為48.9%,沙四上頂面均值為 39.7%。兩個(gè)沉積界面黏土礦物的差異主要是受制于沉積環(huán)境的差異，東營(yíng)凹陷沙四上段為水進(jìn)體系域的間歇供水鹽湖淺水湖型沉積，離岸距離較近，發(fā)育巖湖蒸發(fā)巖，屬于半干旱、半閉塞的淺水環(huán)境，湖水淡化，碳酸鹽巖含量明顯增多，鈣質(zhì)礦物含量相對(duì)校多。沙三下段為快速供水半深湖-深湖的微咸水沉積，以深灰色、棕褐色泥巖和油頁(yè)巖為主[7-11]，水體相對(duì)較深，離岸距離較遠(yuǎn)，沉積物經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離搬運(yùn)，沉積顆粒較細(xì)，礦物中黏土礦物含量增加。

從黏土礦物組成看，伊利石和伊蒙混層是其主要組成部分（表1，表2），沙三下頂面伊利石含量均值為21.9%，伊蒙混層含量均值為72.5%；沙四上頂伊利石含量均值為 26.8%，伊蒙混層含量均值為60.7。兩種黏土礦物“此消彼長(zhǎng)”的現(xiàn)象反映了黏土礦物在地質(zhì)剖面中隨埋深增加，溫度升高，蒙脫石經(jīng)伊蒙混層向伊利石演化的地質(zhì)特征（圖1）。從黏土礦物隨地質(zhì)剖面變化情況看，沙三下-沙四上層段呈現(xiàn)伊蒙混層含量逐漸降低、伊利石含量逐漸升高的趨勢(shì)（圖2）。

表1 計(jì)算東營(yíng)凹陷沙三下頂面黏土礦物含量組成

表2 計(jì)算東營(yíng)凹陷沙四上頂面黏土礦物含量組成

圖1 東營(yíng)凹陷沙三下頂-沙四上頂預(yù)測(cè)黏土礦物分布

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

圖2 東營(yíng)凹陷沙三下-沙四上實(shí)測(cè)黏土礦物深度演化剖面

經(jīng)過(guò)多元回歸擬合，建立東營(yíng)凹陷4個(gè)黏土礦物預(yù)測(cè)的方程式，判定系數(shù)在0.63～0.8之間，顯著性水平檢驗(yàn)顯示方程式有效。計(jì)算本區(qū)域其它典型井的黏土礦物含量表明，東營(yíng)凹陷沙三下頂面黏土礦物含量高于沙四上頂面黏土礦物含量，這一變化受制于兩個(gè)層段水體環(huán)境的差異。黏土礦物中伊蒙混層和伊利石“此消彼長(zhǎng)”的現(xiàn)象，反映了黏土礦物在成巖作用階段的演化特征。用多元回歸擬合的方法預(yù)測(cè)研究區(qū)域黏土礦物的種類和含量，與沉積環(huán)境的變化及成巖過(guò)程中礦物演化有比較好的一致性，說(shuō)明這一方法在地質(zhì)研究中良好的實(shí)踐性和適用性。

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