刘尚平 李希建

摘 要：为了对贵州牛蹄塘组页岩气有利区块进行优选，依据贵州牛蹄塘组10个不同地区页岩气井或剖面的页岩储层的有机碳含量（TOC），有机质成熟度（RO），脆性矿物、黏土矿物、孔隙率、渗透率6个特征参数。采用SPSS 21.0软件对页岩气区块进行因子分析，通过降维的方法，提取出二个相互独立的影响因子，分别为生烃因子和储集因子。根据主成分加权得分得出各个地区的综合得分，通过分值得出德江、松桃等地区页岩气富集条件较好，是页岩气勘探开发的有利区。该方法为页岩气的勘探开发提供理论参考。

关键词：有利区；因子分析；页岩气；富集；牛蹄塘组

中图分类号：F 407.22

文献标识码：A 文章编号：1672-7312（2018）02-0220-05

Abstract：In order to evaluate the shale gas favorable regions of Niutitang formation in Guizhou，according to the TOC，RO，brittle minerals，clay minerals，porosity，permeability of six characteristic parameters in 10 different shale gas regions of the Niutitang formation in Guizhou，the SPSS 21.0 software was used to analyze the shale gas regions，and two independent factors were extracted through dimension reduction，which were hydrocarbon generation factor and reservoir factor.According to the principal component weighted score，it is concluded that the shale gas enrichment conditions in Dejiang，Songtao and so on is favorable regions for shale gas exploration and development through comprehensive score.This method provides theoretical guidance for the exploration and development of shale gas.

Key words：favorable regions；factor analysis；shale gas；enrichment；Niutitang Formation

0 引 言

页岩气是一种以富有机质页岩为气源岩、储层及封盖层，并不断供气、持续聚集而形成的连续聚集天然气藏[1]，也是一种清洁的非常规能源[2]。贵州地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩分布面积广泛、厚度较大、成熟度好，是贵州目前最有利的页岩气勘探层位之一[3]。但由于贵州页岩气勘探开发尚处于探索阶段，对页岩气富集的主控因素分析较浅，页岩气储层的各个因素对页岩气的影响也不明确，对页岩气的“甜点区”选择缺乏系统的评价指标体系[4]，严重制约了贵州牛蹄塘组页岩气的开发进程。因此，结合页岩气成藏主控因素，对其进行因子分析，根据主成分加权得分得出页岩井或剖面的综合得分并进行排名，选出页岩气的有利勘探区，对贵州牛蹄塘组页岩气的资源勘探开发提供参考。

1 影响页岩气富集的因素

在页岩气形成中，有机碳含量（TOC）對页岩的生烃能力、生烃强度起到了决定性作用，有机质的演化阶段不同会影响其生烃产气量的程度，决定了页岩产烃的可能性[5]。页岩的脆性矿物，有利于裂缝生成和后期的压裂，在开采过程中能取得良好的储层改造效果，页岩黏土矿物具有较强的吸附力，是页岩气的主要吸附场所，另外，黏土矿物内部易于形成孔隙，有利于页岩气的储存[6]。但这些因素并不是单一对页岩气的富集产生影响，它们之间相互作用，因此通过传统的单一方法来分析它们对页岩气储集的影响是较为片面的。而因子分析法能很好地避免这种情况，把主要因素归为一类，可靠性较强。基于此，选取贵州牛蹄塘组10个典型地区的页岩岩样井或野外露头样品，收集贵州牛蹄塘组页岩中TOC，RO、脆性矿物含量、黏土矿物含量、孔隙率、渗透率等数据[7-10]，区域地质图如图1所示（来源于文献[4]，有修改）。

3 有利区评价

3.1 指标参数

根据前人总结的页岩气成藏条件，页岩气富集高产主要受到有机碳含量（TOC）、有机质成熟度（RO）、脆性矿物含量（主要为石英）、黏土矿物含量等因素的影响。根据贵州牛蹄塘组不同地区页岩井口或是剖面的TOC，RO，脆性矿物、黏土矿物含量等特征参数，利用因子分析方法分析生成页岩气的潜力及影响其页岩气的富集条件。以下是贵州牛蹄组不同地区的页岩气井和露头的储层参数，见表1.

3.2 参数KMO检验

由统计学家Kaiser给出的标准，当KMO值等于或大于0.6时，给予的参数适合作因子分析，而KMO值越大时，表示变量间的共同因素就越大，越适合做因子分析。指标参数运行时KMO值是0.668，大于0.6，适合作因子分析。

3.3 降维过程

利用主成分分析方法，将初始数据标准化处理后得到相关矩阵，见表2.

由表3计算结果可知，并根据SPSS 21.0软件的特征值大于1的提取原则，则可提取前2个因子（即有机碳含量TOC，有机质成熟度RO）作为公共因子。从表2中也可知前2个因子的贡献率分别为48.160%，35.084%，累计贡献率为83.244%.也就是说前3个因子综合了全部6个因子中的83.244%的内容，较全面地包含了很大部分的因素，充分地反应了参数选取的基本信息，

所以选取这两个因子的模型是可行的。

而由图2碎石图分析可知，各个因子间的连线在第3个因子以后，坡度比较平缓，且特征值均小于1，而前2个比较陡峭，特征值在1.5～3之间，同时表明了取2个作为公共因子是妥当的。

为了更能地反映这6个影响因素之间的联系，根据软件默认的因子旋转方法—最大方差法，对计算的结果进行旋转。旋转后，使前2个因子具有更高的载荷，从而更好地对主因子进行解释，其中旋转后的因子载荷矩阵见表4.

由表4可知，有机碳含量TOC（X1）和渗透率（X6）在第一因子下载荷很高，分别为0.930和0.814，而黏土矿物含量（X4）载荷较高为-0.829，但根据SPSS 21.0软件的原理，要使做因子分析有意义，取值在-1～+1之间，越接近1就越有意义，负值无意义[14]，则黏土矿物含量（X4）在第一因子下无意义。由于TOC是页岩气生烃的基础，决定着页岩气的生烃能力，而渗透率越高，越有利于页岩气的运移，对页岩气的生成十分有利，因此，第一因子可解释为生烃因子；有机质热成熟度RO（X2）、脆性矿物含量（X3）、孔隙率（X5）在第二因子下的载荷也很高，分别为0.826，0.866，0.673，对应解释为储集因子。它可以改变页岩储层结构，当脆性矿物含量高时，极易形成微裂隙和裂缝，且较高的孔隙率能保证较多的页岩气储存在页岩气孔隙中，对页岩气的储集十分有利。

3.4 依据因子得分判断有利勘探区

由SPSS 21.0软件自动生成的各因子需分情况，再由主因子在总方差中的贡献率的权重，用计算公式6，计算出各个井口或剖面的综合得分值并加以排名，得出有利的页岩气勘探区。得分越高，该地区越有利于页岩气勘探開发。而各井口或剖面的综合得分值、排名见表5.

若以生烃因子F1和储集因子F2得分值大小表示其影响页岩气富集的多少，并以综合得分值为正值表示页岩气有利开采区或开采水平在平均水平之上，负值表示页岩气不利开采区或需有待进一步勘探的区域。则由表5可知德江地区、松桃盘石、凤岗地区的生烃因子（F1）分值大，说明德江地区、松桃盘石、凤岗地区生烃条件较好，松桃盘石、岑页1井储集因子（F2）分值大，说明松桃盘石、岑页1井储集条件较理想；德江地区综合得分值最高，排名第一，松桃盘石、凤岗等前6名研究区域的得分值均为正值，表明德江、松桃等地区的页岩气开采相对来说是有利的，可以作为有利勘探区；而仁页1井、仁页2井、麻江1井及绥阳地区的生烃因子F1，储集因子F2得分值普遍较低甚至出现负值，而综合得分值均为负值，表明仁页1井、仁页2井、麻江1井及绥阳地区的生烃条件、储集条件均不理想，不利于页岩气的开采或需有待进一步的勘探，这与现场的勘探和专家的研究是相符合的[15-16]。所以，用因子分析法来分析页岩气富集影响因素以及判定有利开采区是合理、科学的。

4 结 论

1）利用SPSS 21.0软件作因子分析，通过降维将影响页岩气富集的TOC，RO，脆性矿物、黏土矿物、孔隙率、渗透率6个影响因素归纳为生烃因子和储集因子，降低了对页岩气富集影响因素的分析难度，避免了参数信息的重复性。

2）根据建立的两个公因子模型，由公因子的公差贡献率的比例权重，有效地避免了传统方法在权重确定中存在的主观因素，得出客观的因子综合得分。

3）由综合得分情况判断有利的勘探区与实际情况相符合。该评判方法比传统的评估手段更具有优越性，更能提供充分的信息和判断，为以后的页岩气勘探开发“甜点区”选择起到了参考作用。

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（责任编辑：许建礼）