本技術方案涉及一種基于主成分分析的湖相頁巖層序地層劃分方法，屬于非常規(guī)油氣勘探領域，特別適用于湖相頁巖油氣資源的勘探與開發(fā)及相關的數據分析領域。

背景技術：

1、頁巖油作為一種戰(zhàn)略性非常規(guī)油氣資源，隨著全球范圍內勘探和開發(fā)的推進，湖相頁巖的精細地層劃分已成為識別頁巖油氣“甜點”區(qū)的關鍵步驟。然而，由于湖相頁巖沉積環(huán)境復雜，巖性、礦物組成、沉積構造及有機質含量的非均質性較大，使得精確劃分地層成為地質學家面臨的難題。

2、現有的頁巖層序地層劃分方法存在諸多局限?；谠乇戎档姆治龇椒m能揭示部分地層特征，但受研究區(qū)差異及樣品測試條件的影響，常常表現出顯著的多解性；古生物遺跡學方法僅適用于特定的地質背景，應用范圍有限，難以推廣?；趲r相的層序劃分方法雖能提供詳細的巖石特征，但由于樣品采集的限制，xrd礦物組成和有機碳含量數據難以全面覆蓋整個地層，且這類方法實驗成本較高，限制了大規(guī)模應用。此外，人工巖心描述的劃分方法耗時費力，主觀性強，易導致多解性，影響劃分的精確性和一致性?；诘卣饘有驅W和測井數據的劃分方法雖然提供了較高的分辨率，但由于湖相頁巖巖性差異小，難以精確識別復雜的層序界面。

3、現有技術在湖相頁巖層序劃分中面臨以下主要問題：湖相頁巖非均質性顯著，巖性變化頻繁，現有的測井和地震方法無法提供足夠的分辨率以識別復雜地層；基于元素分析的劃分方法因區(qū)域差異和多解性問題，難以提供可靠結果；現有技術在復雜沉積環(huán)境中的適用性有限，無法全面考慮巖性、礦物組成、有機質含量等多維地質特征。因此，亟需一種綜合劃分方法，不僅能提高湖相頁巖層序劃分的精度，還能減少多解性和人為因素的干擾，同時提升數據處理效率。

技術實現思路

1、為了現有技術頁巖層序地層劃分多解性、人為主觀干擾、現有技術在復雜沉積環(huán)境中的適用性有限等問題，本發(fā)明提出了一種基于主成分分析的湖相頁巖層序地層劃分方法，旨在通過多維地球化學數據的高效采集與分析，提升層序劃分的精度和一致性。具體技術步驟如下：

2、步驟1、樣品采集與準備

3、從目標湖相頁巖層系統(tǒng)采集巖芯樣品，確保樣品覆蓋不同深度及多個地質層位；樣品采集后，對其進行清潔和預處理，以確保后續(xù)分析的準確性，詳細記錄每個樣品的地質背景信息，包括采集深度、地層層位等，為后續(xù)地層劃分提供可靠的數據支持。

4、步驟2、地球化學數據采集

5、使用便攜式能量色散x射線熒光光譜儀(pxrf)對處理后的樣品進行元素分析，采集樣品中主要元素(如si、ca、mg、k)及微量元素(如ti、zr、mo、u等)的濃度數據。為了更好地應對頁巖的高度非均質性，并能夠更精細地表征地層特征，每10cm采集一個樣品點。此步驟生成的高分辨率元素數據為后續(xù)的主成分分析(pca)提供了可靠基礎。

6、步驟3、數據處理與標準化

7、為確保數據的完整性和可比性，首先對采集到的地球化學數據進行清洗處理，去除異常值并補齊缺失數據，確保樣本數據的完整性。隨后對數據進行標準化處理，以消除不同元素間的量級差異，使其具有可比性，從而提高數據分析的準確性。

8、步驟4、主成分分析pca

9、在正式進行主成分分析pca之前，使用bartlett球形檢驗或kmo檢驗來評估數據的適用性。bartlett球形檢驗用于檢驗變量之間的相關性，p值小于0.05表示相關性顯著，適合進行主成分分析；kmo檢驗用于評估因子分析的適用性，kmo值大于0.6即可進行主成分分析。通過這些檢驗確保數據適合pca降維分析。

10、步驟5、通過pca生成的載荷圖，明確各主成分的地質意義

11、執(zhí)行pca后，依據具體數據集的特點提取多個主成分，每個主成分反映地層的不同特征，如礦物組成、陸源碎屑輸入強度、氧化還原條件等。由于不同工區(qū)或井段的地質背景可能不同，pca提取的主成分需根據實際情況進行調整，且每個主成分所代表的地質意義也要具體確定，以確保其準確性和廣泛適用性。

12、步驟6、層序劃分與驗證

13、基于pca提取的主要成分變化趨勢，結合已有的地質背景信息和測井數據，劃分湖相頁巖的層序單元。通過不同層位中主成分得分的變化，識別層序界面和單元。然后將劃分結果與地質和測井數據進行對比驗證，確保結果的準確性和一致性。

14、本發(fā)明的有益效果：

15、(1)通過多維地質特征的綜合分析，本發(fā)明有效克服了現有方法中的多解性問題，減少了人為主觀干擾，顯著提升了數據處理的精度和效率；

16、(2)本技術解決了因樣品測試條件不同、元素多解性導致的結果不一致問題，確保了數據分析的準確性，簡化了勘探過程中的數據分析步驟，能夠快速處理大量地球化學數據，適用于不同地質條件下的湖相頁巖層序劃分，尤其在復雜沉積環(huán)境中表現出較強的適用性和靈活性；

17、(3)該技術不僅在非常規(guī)油氣勘探中表現出色，還能夠應用于地質研究和古環(huán)境恢復，通過精確的層序劃分和地質特征分析，幫助地質學家更深入地了解湖相沉積環(huán)境的演化過程，為區(qū)域地質調查和科研提供可靠的數據支持；

18、(4)在資源評估和油氣開發(fā)中，本發(fā)明能夠有效提升數據處理效率，降低勘探成本，為油氣資源的高效開發(fā)提供科學依據。本發(fā)明具有操作簡便、適用性廣、準確性高的特點，適用于湖相頁巖油氣資源的勘探開發(fā)，且在其他復雜沉積環(huán)境的研究中也具有廣泛應用前景。

技術特征：

1.一種基于主成分分析的湖相頁巖層序地層劃分方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述一種基于主成分分析的湖相頁巖層序地層劃分方法，其特征在于，所述步驟s1中，樣品采集后，需對其進行清潔和預處理，以確保后續(xù)分析的準確性，詳細記錄每個樣品的地質背景信息，包括采集深度、地層層位等，為后續(xù)地層劃分提供可靠的數據支持。

3.根據權利要求1所述一種基于主成分分析的湖相頁巖層序地層劃分方法，其特征在于，所述步驟s2中，主要元素包括si、ca、mg、k，微量元素包括ti、zr、mo、u，每隔一段距離為10cm。

4.根據權利要求1所述一種基于主成分分析的湖相頁巖層序地層劃分方法，其特征在于，所述步驟s4中，bartlett球形檢驗用于檢驗變量之間的相關性，p值小于0.05表示相關性顯著，適合進行pca；kmo檢驗用于評估因子分析的適用性，kmo值大于0.6即可進行pca，通過這些檢驗確保數據適合pca降維分析。

技術總結
本發(fā)明屬于非常規(guī)油氣勘探領域，具體涉及一種基于主成分分析的湖相頁巖層序地層劃分方法。該方法通過結合便攜式能量色散X射線熒光光譜儀對巖芯樣品進行快速的元素分析，對采集的數據進行標準化處理，并利用主成分分析PCA從處理后數據中提取出關鍵地層變化特征，通過綜合考慮巖性、礦物組成和氧化還原條件等多維地質特征，結合已有的地質背景信息和測井數據，劃分湖相頁巖的層序單元。相比現有方法，本發(fā)明在復雜沉積環(huán)境中能夠高效處理大量數據，減少了人為干擾，提升了數據處理效率，為湖相頁巖層序劃分提供了更加準確、全面的技術支持。

技術研發(fā)人員：李貴昂,閆志強
受保護的技術使用者：山東鼎維石油科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9