碳酸鹽巖生烴機(jī)制及生烴能力模糊評(píng)價(jià)方法*

劉天甲， 李予晉

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012)

人們很早就認(rèn)識(shí)到有機(jī)酸鹽具有生烴能力，一項(xiàng)針對(duì)世界上主要油氣盆地不同類(lèi)型烴源巖的調(diào)查結(jié)果表明，世界上50%的油氣資源由碳酸鹽巖烴源巖所提供，全球58%的烴源巖是與碳酸鹽巖有關(guān)的烴源巖，只有42%的烴源巖是以泥質(zhì)巖為主的烴源巖[1-4].國(guó)內(nèi)學(xué)者認(rèn)為泥灰?guī)r可以成為有效烴源巖，并針對(duì)碳酸鹽巖烴源巖的問(wèn)題進(jìn)行了大量研究，取得了一些進(jìn)展.近年來(lái)，已經(jīng)有一些研究人員研究有機(jī)酸鹽生烴問(wèn)題.文獻(xiàn)[5]選擇酒西盆地青西凹陷2種巖性的湖相烴源巖——泥巖和泥質(zhì)白云巖進(jìn)行熱解模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析了2種不同巖性湖相烴源巖的生烴過(guò)程，并建立了它們各自的生烴模式.文獻(xiàn)[6]采用有機(jī)巖石學(xué)和地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，系統(tǒng)剖析了研究區(qū)奧陶系烴源巖的特征和生烴潛力.研究表明，其奧陶系烴源巖主要發(fā)育在克里摩里組和烏拉力克組，為一套分布廣、厚度大的深海相泥頁(yè)巖和泥質(zhì)碳酸鹽巖沉積.

本文對(duì)影響碳酸鹽烴源巖生烴方面因素進(jìn)行分析研究，采用極差標(biāo)準(zhǔn)變換對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，為了合理地給各個(gè)評(píng)價(jià)因素賦權(quán)重，基于層次分析法確定了碳酸鹽巖生烴能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.

1 碳酸鹽巖生烴

表1 國(guó)外典型海相氣源巖的有機(jī)碳含量

國(guó)內(nèi)外研究與生產(chǎn)均已證明，作為有效烴源巖，海相碳酸鹽巖能形成具有工業(yè)價(jià)值的油氣藏.綜合分析礦物與有機(jī)質(zhì)的特征及組合關(guān)系，發(fā)現(xiàn)細(xì)紋層頁(yè)巖和斷續(xù)紋層頁(yè)巖是以生物作用為主導(dǎo)形成的沉積產(chǎn)物，生烴能力最強(qiáng)；寬紋層頁(yè)巖和均勻塊狀泥巖屬化學(xué)沉積作用的產(chǎn)物，具有較強(qiáng)的生烴能力；含碎屑?jí)K狀泥巖通過(guò)化學(xué)沉淀形成，兩者的生烴能力較弱.表1為國(guó)外典型海相氣源巖的有機(jī)碳含量.

源巖主要包括泥巖、頁(yè)巖和碳酸鹽巖，對(duì)于海相碳酸鹽巖烴源巖的評(píng)價(jià)，通常只側(cè)重于物理化學(xué)性質(zhì)的研究.一些學(xué)者認(rèn)為泥巖才是主要的工業(yè)性烴源巖，并不認(rèn)可古老碳酸鹽巖烴源巖的生烴能力.一些研究人員通過(guò)有機(jī)酸與碳酸鈣的反應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)、有機(jī)酸鹽的生烴模擬實(shí)驗(yàn)和碳酸鹽巖烴源巖中有機(jī)酸鹽的光譜學(xué)分析鑒定，研究了碳酸鹽巖中有機(jī)酸鹽的形成與生烴特征，并直接鑒定出有機(jī)酸鹽的存在，這對(duì)深入探討碳酸鹽巖的生烴、排烴過(guò)程有重要意義[7].圖1為有機(jī)酸、有機(jī)酸鹽和碳酸鹽熱失重圖.

文獻(xiàn)[8]針對(duì)鄂爾多斯盆地中東部鹽下奧陶系內(nèi)幕天然氣自生自?xún)?chǔ)特征及其相應(yīng)烴源巖發(fā)育不清的實(shí)際，利用地球化學(xué)與測(cè)井技術(shù)相結(jié)合的方法，分析了研究區(qū)奧陶系鹽下烴源巖的分布特征.研究表明：研究區(qū)馬家溝組鹽下碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度總體偏低.這些優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖烴源巖在低～中熱演化階段的總有機(jī)碳(total organic carbon, TOC)值高達(dá)8%～12%；到高熱演化階段，TOC值迅速下降為1%～4%.據(jù)此可推測(cè)母質(zhì)類(lèi)型較好的烴源巖在演化過(guò)程中，TOC值降低明顯[9-10].圖2展示了不同類(lèi)型沉積有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程殘余有機(jī)碳變化示意圖.

2 生烴能力模糊評(píng)價(jià)方法

2.1 生烴能力模糊評(píng)價(jià)

使用評(píng)語(yǔ)集表示評(píng)價(jià)結(jié)果，記為P={p1,p2,…,pm}.然后，將所有的影響因素合成一個(gè)因素集，記為Y={y1,y2,…,ym}，其中，單因素評(píng)價(jià)即為第i個(gè)因素yi對(duì)事物做出的評(píng)價(jià)，記為ri={ri1,ri2,…,rim}.評(píng)價(jià)對(duì)象的多因素評(píng)判矩陣就是將各因素的單因素評(píng)價(jià)向量組成一個(gè)矩陣，記作R.此外，本文根據(jù)各因素的物理意義，基于層次分析法合理計(jì)算出各因素的權(quán)重，表明各評(píng)價(jià)因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的重要程度，權(quán)重向量記為W={w1,w2,…,wn}.通過(guò)模糊變換得到評(píng)價(jià)結(jié)果F=W×R={f1,f2,…,fn}.收集到的數(shù)據(jù)由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)構(gòu)成，這些數(shù)值一般都具有自身的量綱和分布區(qū)間，而屬性數(shù)據(jù)是通過(guò)一定的數(shù)據(jù)予以表征的，因而必須先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，才能將兩者比較.

2.2 數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化

基于極差標(biāo)準(zhǔn)變換對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：

2.3 碳酸鹽巖生烴能力模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表2 碳酸鹽巖生烴能力模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

建立單因素評(píng)價(jià)向量的實(shí)質(zhì)即為確定各評(píng)價(jià)因素相應(yīng)于評(píng)價(jià)集合的隸屬函數(shù)，這是綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵一步.評(píng)價(jià)因素yi的評(píng)語(yǔ)集為P={p1,p2,…,p5}.為了合理給評(píng)價(jià)因素賦權(quán)重，采用層次分析法進(jìn)行分析.首先建立一個(gè)多層次的結(jié)構(gòu)模型，將問(wèn)題層次化.然后構(gòu)建判斷矩陣，并計(jì)算出矩陣的最大特征根和其特征向量，以此判斷矩陣的一致性.計(jì)算得到矩陣的最大特征根λmax=5.212；隨機(jī)一致性比率CR=(λmax-n)/(n-1)=0.015.隨意一致性比率小于0.1，說(shuō)明該判斷矩陣具有滿(mǎn)意的一致性.最后得到某一層因素相對(duì)上一層某一個(gè)因素的權(quán)重系數(shù)，即表2碳酸鹽巖生烴能力模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.

3 實(shí)例評(píng)估

為了對(duì)本研究得到的碳酸鹽巖生烴能力模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行驗(yàn)證，選取了碳酸鹽樣品進(jìn)行實(shí)例檢驗(yàn)，該樣品來(lái)自鄂爾多斯盆地西南緣早古生代陸緣沉積環(huán)境形成的碳酸鹽巖，實(shí)驗(yàn)樣品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3.根據(jù)本文的生烴能力模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，該樣品的評(píng)價(jià)結(jié)果為“偏差”，這一結(jié)果與鄂爾多斯盆地西南緣碳酸鹽巖實(shí)際生烴能力吻合.

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)碳酸鹽巖生烴機(jī)制及生烴能力的問(wèn)題，對(duì)影響碳酸鹽烴源巖生烴方面因素進(jìn)行分析研究.梳理了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究人員關(guān)于碳酸鹽巖生烴能力的研究成果，基于層次分析法，為各個(gè)評(píng)價(jià)要素給出合理權(quán)值，確定了碳酸鹽巖生烴能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.

表3 實(shí)驗(yàn)樣品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)