基于模糊數學的湘中凹陷圈閉評價

朱 偉，米茂生，曹子劍

(1.湖南科技大學，湖南 湘潭 411201;2.湖南省地質礦產勘查開發局，湖南 長沙 410014)

引 言

湘中拗陷位于雪峰古陸以南，華南褶皺系的北部，是一個以下古生界淺變質巖系為基底發展起來的晚古生代沉積坳陷區。該區元古界—中生界地層均有出露，且主要分布在坳陷的漣源、邵陽、零陵3個凹陷中[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，區域構造線呈NE—NNE向。在穩定的沉降歷史過程中，發育了5 000余米厚的碳酸鹽巖夾碎屑巖，同時以測水組煤系地層作為區域性蓋層為該地區油氣藏的形成提供了良好的生儲蓋組合。但自古生代以來分別經歷了印支運動、燕山運動、喜山運動等大的構造運動階段，使得油氣成藏條件復雜，不確定性因素較多。

模糊數學是引用隸屬函數的概念建立的數學體系，隸屬函數可以用[0，1]區間內的任意值來描述一個對象是否屬于該集合[2]，把絕對的屬于或不屬于拓展為具有描述事物漸變過渡的能力。由于模糊數學具有不確定性，同時還能確定事件的發生與否，在面對復雜地質情況時具有綜合評判優勢[3-4]。在湘中油氣勘探中運用模糊數學方法可以更客觀評價油氣藏[5-7]。

1 儲層物性研究

該區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]。據現有資料分析，漣源凹陷下石炭統(C1y1—C1d1)儲層巖石類型以灰巖為主，局部發育砂巖儲層。從192塊井下樣品測試分析結果看，絕大多數樣品的孔隙度小于1.5%，滲透率一般小于0.1×10-3μm2，屬低孔、低滲儲層。在這些樣品中，僅有9塊樣品達到了有效儲層的孔隙度下限值(2%)，占樣品總數的4.7%，表明該區的儲層發育程度差。造成該區儲層不發育和儲層物性差的主要原因是，晚期成巖作用(壓實、膠結、重結晶等)使巖石中的原生孔隙基本上被破壞，有效儲集空間主要為次生溶孔、白云化晶間孔及構造裂縫。湘中地區發育有兩大類儲層，即碳酸鹽巖和碎屑巖儲層。其中碳酸鹽巖包括生物礁、粒屑灘和白云巖3類。主要發育于臺坡相(如下石炭統坪煙背斜、橋頭河背斜、安坪背斜、楊1號隱伏背斜、楊3號隱伏背斜、石山沖背斜)和臺灘相(如禁田斷鼻、滿竹背斜、婁底背斜)。

2 圈閉保存條件

該區測水段的含煤地層可作為目的層(C1y1—C1d1)的區域蓋層。測水煤系本身具有很強的生烴能力，能很好地抑制下伏目的層的天然氣擴散。測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)碳酸鹽為儲層，構成垂向上的生、儲蓋組合。分析認為，大幅度抬升剝蝕及近地表滲漏是造成該區天然氣大量散失的主要原因。

據區域地質資料分析，印支期后期也就是生油高峰后，為該區主要抬升期。抬升剝蝕幅度大都超過3 000 m。禁田逆斷層以西為西北斷褶帶，構造變形以逆沖斷裂和線性褶皺為主，造成區域蓋層嚴重破壞，導致一部分目的層(C1y1—C1d1)直接裸露地表，加速了天然氣的滲漏或逸散的速度，加上該區烴源條件較差，導致天然氣難以聚集。禁田逆斷層以東至麻陽洞逆斷層以西的地區為變形相對較弱的中部褶皺帶，由一系列寬向斜與窄背斜組成“隔檔式”構造樣式，寬向斜內二疊系保存較完整且大面積分布，有利于下石炭統天然氣的保存。加上該區地處漣源凹陷主力氣源區，烴源條件較好，氣顯示豐富，為較有利天然氣聚集區。麻陽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 模糊數學圈閉評價

根據模糊數學原理可以建立綜合評級模型[9-13]。

(1)設模糊集U為待評價因素的子集合:U={Ui}，i=1，2，……，n。

(2)設論域V為評價級模糊子集合:V={Vj}，j=1，2，……，m。

模糊集合是用隸屬函數來描述的，首先確定因素集合，再來確定每個因素屬于論域E的隸屬度。隸屬函數有模糊統計法、例證法、專家經驗法、二元對比排序法。

根據每個因素的重要性，依據專家打分法，確定每個因素的權重 A=W·E=(a1，a2，…，am)，進行模糊綜合評價運算得公式(1):

式中:aj為第j個評價值;wi為第i個權重值。

第一，同行競爭加劇。2017年共享單車在全國各地打響正面競爭，激烈競爭帶來高推廣成本。每當一家公司開通一座城市時，就會有少則數萬輛多則數十萬輛的單車投入。同時要跟進單車轉運團隊，單車運營團隊和當地運營推廣團隊，再加上單車的成本費用和線上線下的推廣運營的費用，使部分企業無額外的資金回收維修廢料共享單車。第二，用戶忠誠度難培養。共享單車是工具類產品，依靠用戶。在贏取用戶信任前，大部分用戶會進行產品體驗，互相借鑒。部分企業難以保證能贏得用戶的青睞。第三，部分企業管理能力有限。部分企業缺少相關的專門管理機制，內部維修人員有限，維修人員維修能力不強。

3.1 模糊數學評價步驟

研究區內沉積相主要為臺盆、三角洲、潮坪相，儲層主要發育于下石炭統測水組、劉家塘組及石磴子組，構造條件復雜，圈閉類型多樣，故將其評價工作分如下幾步進行。

(1)設定地質要素評價體系。根據成藏過程中形成圈閉各要素的不同影響程度，分別賦予權值W。湘中盆地的圈閉評價體系可由靜態因素(構造、儲層、蓋層及封閉條件)及動態因素(時空匹配關系、油的聚集及保存條件)構成。

(2)確定地質各要素隸屬度。根據專家評價法將最有利的定為1，最差的定為0，做出相應隸屬函數，之后將有關數據代入獲得相關地質要素的隸屬度。

(3)模糊數學的綜合評價。通過一級、二級的模糊預算，得出綜合評價結果，確定有利圈閉。

3.2 地質因素評價標準

湘中盆地漣源凹陷的油氣藏主要受構造、巖性、油源條件及保存條件影響。因此，在綜合評價時，對主控因素分配較大權值，對其他控制因素分配相對較小的權值。

在評價圈閉含油氣時，采用的地質條件因素一般為(包含權重):①構造條件(0.30)，在構造條件中圈閉類型給出的二級權值為0.40，圈閉面積為0.60;②油源條件(0.15)，其中烴源巖厚度、有機碳含量、有機質類型、有機質成熟度分配的二級權值分別為 0.35、0.30、0.30、0.05;③ 蓋層條件(0.30);④保存條件(0.25)。

3.3 評價計算

該文主要采用專家打分法和邏輯函數法來確定其隸屬度，漣源凹陷成油氣地質條件評分標準見表1～4。

表1 漣源凹陷成油氣烴源條件評分標準

表2 漣源凹陷成油氣儲集條件評分標準

表3 漣源凹陷成油氣圈閉條件評分標準

表4 漣源凹陷成油氣保存條件評分標準

根據盆地各區帶勘探程度不同，采用定量和半定量方法，如通過指標值與該區域內該指標最大值的比值來評價其隸屬度。

通過計算圈閉面積隸屬函數分析圈閉的類型，確定圈閉的優劣度:

式中:x為圈閉面積，m2。

區內圈閉條件因素見表5。

表5 漣源凹陷圈閉條件

3.3.2 生油巖條件

從以下幾個方面進行分析。

(1)對于石炭統的生油巖厚度評價，采用隸屬度函數:

式中:m為最大烴源巖厚度，m;α為研究區平均烴源巖厚度，m。

(2)有機碳平均含量隸屬函數:

式中:β為有機碳平均含量，%。

(3)生油巖有機質類型隸屬函數:

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

(4)生油巖的成熟度(專家打分法)，以Ro為評價標準，不同學者劃分的數值稍有不同，但大致相當。本文采用劃分為未成熟階段、成熟階段、過成熟階段方案[14]。由于該區的 Ro≥2，屬于過成熟階段，是主要的生氣階段，因此生氣條件好(表6)。

表6 漣源凹陷生油有機質綜合表

3.3.3 綜合條件評價

對圈閉及生油巖分別進行一級運算。

(1)圈閉。

表7 漣源凹陷部分局部構造有關數據

結合模糊數學的綜合運算，得出的綜合評價如表8所示。

表8 模糊數學綜合評價

由計算結果可知，該區地質條件十分復雜，影響油氣分布，影響預測工作的準確性。借助于模糊數學，最終可以推斷漣源凹陷的婁底背斜、安坪背斜的石炭統油氣成藏條件較好，是生氣的優勢圈閉。應用該方法，可優化勘探決策，提高油氣勘探的效果，為以后取得勘探突破奠定基礎。

4 結論

(1)湘中漣源凹陷構造條件好、生氣條件較好，儲層物性一般，并經歷多期次構造活動，成藏地質條件復雜，存在諸多不確定性影響因素，傳統評價方法在評價過程中難免存在主觀性。

(2)運用模糊數學方法，經過計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，同時與實際勘探效果較為吻合，可作為一種有效評價手段，為今后的勘探工作提供依據。

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