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油氣地球化學計量學——基礎(chǔ)與應用

油氣地球化學計量學——基礎(chǔ)與應用

出版社：科學出版社出版時間：2021-08-01
開本： 其他 頁數(shù)： 340
本類榜單：自然科學銷量榜
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油氣地球化學計量學——基礎(chǔ)與應用 版權(quán)信息

油氣地球化學計量學——基礎(chǔ)與應用 內(nèi)容簡介

提出油氣地球化學計量學的概念，定義為化學計量學與油氣地球化學的結(jié)合，即數(shù)學、統(tǒng)計學和計算機在油氣地球化學中的應用。書中涵蓋了油氣地球化學的主要研究領(lǐng)域。全書分為三篇，13章。上篇是基礎(chǔ)篇，包括基礎(chǔ)統(tǒng)計方法、地球化學數(shù)據(jù)清洗、異常值判斷、缺失值填補、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)標準化方法、相似性度量選擇及統(tǒng)計分析方法基礎(chǔ)。中篇為油-源對比和混元解析篇，將聚類分析、主成分分析、多維標度、非負矩陣分解等方法用于我國主要油氣盆地，包括塔里木盆地、準噶爾盆地、渤海灣盆地、中國南海盆地等的油氣源對比和混元油解析。并展望了地球化學計量學方法的發(fā)展前景。下篇為天然氣的對比和混元解析篇，進行了天然氣混元實驗和驗證，用NMF、HCA和PCA對天然氣進行對比和混元解析研究，并用于吐哈盆地和準噶爾盆地的天然氣成因研究。上述方法也適用于地學及相關(guān)領(lǐng)域的研究和應用。

油氣地球化學計量學——基礎(chǔ)與應用 目錄

目錄
序
前言
上篇 油氣地球化學計量學基礎(chǔ)
第1章 緒論 3
1.1 油氣地球化學計量學的概念 3
1.2 發(fā)展歷程 3
1.3 發(fā)展前景 8
參考文獻 9
第2章 油氣地球化學數(shù)據(jù) 13
2.1 油氣地球化學數(shù)據(jù)的來源和類型 13
2.2 數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計 16
2.3 *低樣本量的確定 22
2.4 數(shù)據(jù)的清洗和預處理 24
參考文獻 30
第3章 矩陣代數(shù)基礎(chǔ) 31
3.1 線性方程組 31
3.2 矩陣代數(shù) 32
3.3 一元回歸和簡單相關(guān)分析 48
參考文獻 56
第4章 油氣地球化學計量學的基本方法 57
4.1 計量統(tǒng)計量 57
4.2 聚類分析 60
4.3 主成分分析 68
4.4 非負矩陣分解 74
4.5 多維標度 77
4.6 趨勢面分析 83
參考文獻 88
中篇 原油的對比與混源解析
第5章 方正斷陷的油-油和油-源對比研究 93
5.1 樣品與方法 95
5.2 度量高維空間兩點間距離的選擇 96
5.3 MDS方法的可靠性檢驗 98
5.4 烴源巖的地球化學特征 100
5.5 原油的地球化學特征 109
5.6 基于化學計量學的油-油和油-源對比 110
參考文獻 113
第6章 南海潿西南凹陷油-油和油-源對比研究 116
6.1 潿西南凹陷地質(zhì)背景 117
6.2 樣品與數(shù)據(jù)分析方法 118
6.3 基于化學計量學的烴源巖分類 118
6.4 基于化學計量學的油-油和油-源對比 123
6.5 基于特征生物標志化合物比值的油-油和油-源對比 124
參考文獻 126
第7章 呼和湖凹陷的油-油和油-源對比 130
7.1 呼和湖凹陷的地質(zhì)背景 130
7.2 樣品與方法 133
7.3 烴源巖的地球化學特征 134
7.4 油-油對比 147
7.5 油-源對比 151
參考文獻 152
第8章 烏爾遜凹陷的油-油和油-源對比研究 156
8.1 樣品與實驗方法 159
8.2 烴源巖的有機質(zhì)豐度與干酪根類型 181
8.3 烴源巖的沉積環(huán)境 183
8.4 烴源巖的熱成熟度 185
8.5 烏爾遜凹陷原油特征 186
8.6 烏爾遜凹陷的油-油和油-源對比 191
8.7 烏爾遜凹陷的油氣充注史 195
參考文獻 199
第9章 化學計量學定量解析混源油方法 203
9.1 混源油研究現(xiàn)狀 203
9.2 人工混源油實驗 207
9.3 人工混源油定性研究 215
9.4 人工混源油定量研究 219
9.5 利用雜原子化合物解析混源油 225
9.6 小結(jié) 231
參考文獻 231
第10章 塔北隆起帶海相混源油研究 235
10.1 塔北隆起帶海相混源油解析 235
10.2 塔河油田混源油解析與應用 250
參考文獻 274
第11章 濟陽拗陷陸相混源油定量解析 277
11.1 東營凹陷環(huán)牛莊洼陷混源油研究 277
11.2 沾化凹陷樁海及其周緣地區(qū)混源油研究 289
參考文獻 299
下篇 天然氣對比與解析探索
第12章 吐哈盆地天然氣成因分類探討 303
12.1 地質(zhì)背景簡介 303
12.2 數(shù)據(jù)分析方法 304
12.3 吐哈盆地天然氣類型劃分 304
參考文獻 313
第13章 準噶爾盆地天然氣成因分類和混合氣解析的初探 317
13.1 地質(zhì)背景與潛在烴源巖地球化學特征 317
13.2 樣品與分析方法 320
13.3 基于PCA和MDS的天然氣成因類型分類 322
13.4 氣源對比 324
參考文獻 328
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油氣地球化學計量學——基礎(chǔ)與應用 節(jié)選

上篇 油氣地球化學計量學基礎(chǔ) 第1章 緒論 1.1 油氣地球化學計量學的概念 油氣地球化學計量學（petroleum geochemometrics）可以簡單地定義為：化學計量學（chemometrics）在油氣地球化學中的應用，即油氣地球化學與數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)學及計算機技術(shù)相結(jié)合的學科。它是以實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以*大限度提取有用的油氣地球化學信息為目標，從多因素、定量的方面研究和解決油氣地球化學問題。 化學計量學的概念是由瑞典的S.沃爾德（Svante Wold）于1971年1月首先提出來的（Currie，1988）；瘜W計量學是用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法從化學體系中提取信息的科學。實用的化學計量學定義為用數(shù)學和統(tǒng)計方法設計或選擇優(yōu)化測量過程及實驗并且通過分析化學數(shù)據(jù)提供*大化的化學信息的化學學科（Otto，2017）。1974年10月，科瓦斯基（Bruce R.Kowalski）和沃爾德共同倡議成立了國際化學計量學學會（International Chemometrics Society）。隨著計算機小型化和個人計算機的普及，化學計量學在20世紀80年代有了較大的發(fā)展，各種新的化學計量學算法的基礎(chǔ)及應用研究取得了長足的發(fā)展和進步，成為化學與分析化學發(fā)展的重要前沿領(lǐng)域。它的興起有力地推動了化學和分析化學的發(fā)展；80年代中期，2本化學計量學期刊——《化學計量學雜志》（1987年，Journal of Chemometrics）和《化學計量學與智能實驗室系統(tǒng)》（1986年，Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems）相繼問世（Otto，2017）。其他雜志，如Analytica Chimica Acta，也有部分涉及化學計量學（Verma，2012）；90年代以后，化學計量學得到廣泛地推廣與應用。 1.2 發(fā)展歷程 油氣地球化學計量學是個非常年輕的學科，其產(chǎn)生、發(fā)展與有機地球化學和油氣地球化學的發(fā)展以及化學計量學、計算機的應用密切相關(guān)。 1.2.1 地球化學 地球化學（geochemistry）一詞是德國-瑞士化學家C.F.舍恩科因（Christian Friedrich Schnbein）于1938年首次提出的（White，2008）。V.M.戈爾德施密特（Victor Moritz Goldschmidt）被認為是地球化學之父（Mather，2013），1955年，美國地球化學學會（Geochemical Society，GS）成立，該學會出版有Geochimica et Cosmochimica Acta（GCA）期刊，且每年召開一次戈爾德施密特會議（Goldschmidt Conference）。1985年，歐洲地球化學協(xié)會（European Association of Geochemistry，EAG）成立。 1.2.2 有機地球化學 有機地球化學（organic geochemistry）是隨地球化學一起發(fā)展的。*初的研究與石油的成因研究密切相關(guān)。20世紀30年代，已經(jīng)開始了有機地球化學的早期研究工作，發(fā)現(xiàn)并證實了地質(zhì)卟琳化合物來自植物葉綠素（盛國英，1992；Durand，2003）。早期雖然還有其他研究者，但有機地球化學的誕生普遍歸因于特賴布斯（Alfred Treibs）的工作（Nissenbaum and Rullkotter，2011）。50年代中期，成功地從現(xiàn)代海洋沉積物中分離鑒定出微量類似于石油的烴類化合物，從而奠定了石油的有機成因理論基礎(chǔ)（盛國英，1992）。1958年提出了干酪根的概念。1959年美國地球化學學會正式成立歐洲有機地球化學分會。 20世紀60～90年代為有機地球化學蓬勃發(fā)展階段，體現(xiàn)在三個方面：國際組織和會議顯著增多、關(guān)鍵技術(shù)方法和代表性論著積極面世、有機地球化學研究領(lǐng)域拓展與新的分支學科涌現(xiàn)。60年代進入石油時代，石油成為人類的主要能源，石油需求快速增長（Durand，2003）。人們認識到，清晰地理解石油的形成機理和聚集規(guī)律能夠增加石油勘探的成功率。1962年，歐洲主要的實驗室組成了歐洲有機地球化學協(xié)會（The European Association of Organic Geochemistry，EAOG），在意大利米蘭組織了**屆有機地球化學國際會議。此后，每兩年召開一屆有機地球化學國際會議。1963年，Breger主編的**本《有機地球化學》面世，標志著有機地球化學成為一門獨立的學科（Durand，2003）。色譜及色譜-質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展為沉積物和原油中有機化合物的結(jié)構(gòu)、分布提供了詳細的資料，生物標志化合物（biological maker compounds或biomarker）概念的出現(xiàn)，成為油-源、油-油對比的重要工具（Dembicki，2017）。有機巖石學用于描述有機質(zhì)的顯微組成、類型和成熟度；熱解技術(shù)的發(fā)明及對有機質(zhì)類型、熱演化、烴類生成過程的理解更為深入，促使“油窗”概念的提出，發(fā)現(xiàn)油氣形成遵從化學動力學原理，可進行盆地模擬研究等。這一時期涌現(xiàn)了一些新的分支學科，如生物地球化學、環(huán)境有機地球化學、分子有機地球化學、沉積有機地球化學、礦床有機地球化學等。新的分支學科豐富了有機地球化學研究方向和研究內(nèi)容，拓展了有機地球化學的研究領(lǐng)域。在分支學科不斷涌現(xiàn)的背景下，油氣地球化學誕生了，以1979年P(guān)etroleum Geochemistry and Geology的出版為起點，承襲了關(guān)于有機質(zhì)成熟，生物標志化合物，油氣的來源、生成等有機地球化學的經(jīng)典研究內(nèi)容。Petroleum Geochemistry and Geology被認為是**本關(guān)于油氣地球化學的教科書（Dembicki，2017）。在1989年第14屆有機地球化學國際會議上，560多名參與者中，油氣地球化學論文獨占一半（Durand，2003），成為有機地球化學*為重要的組成部分。 1.2.3 油氣地球化學 油氣地球化學（petroleum geochemistry）關(guān)注沉積巖每種物質(zhì)的地質(zhì)演化，如干酪根的形成及其降解成烴、流體運移、油藏內(nèi)烴類的轉(zhuǎn)化、儲層礦物組合的轉(zhuǎn)變及其對巖石物性的影響（Huc，2003）。*初，油氣地球化學重點主要集中在勘探問題上，一個明顯的趨勢是將地球化學概念應用于與化石燃料的勘探和生產(chǎn)有關(guān)的領(lǐng)域（Philp and Mansuy，1997）。20世紀80年代后期，油氣地球化學與地球物理和油氣勘探相結(jié)合，顯著提高了勘探效率，油氣地球化學成為降低勘探風險的有效工具（Dembicki，2017）。在1996年第二版的Petroleum Geochemistry and Geology中，油氣地球化學被定義為：將化學概念用于理解油氣（包括原油、天然氣、凝析油）的來源及在地表和地殼內(nèi)產(chǎn)出和歸宿的科學研究與應用研究（Curiale，2017）。這明顯提高了油氣地球化學的科學研究分量，使其成為科學研究和實際應用并重的學科。 20世紀90年代以后，油氣系統(tǒng)（petroleum system）和盆地模擬、生物標志化合物研究成績顯著（Dembicki，2017）；隨著深海、深層的勘探及天然氣需求的增加，油氣地球化學應對這一新態(tài)勢進行了調(diào)整，開展了天然氣及高溫高壓區(qū)帶盆地模擬工作（Durand，2003）。1990年《天然氣地球科學》創(chuàng)刊。天然氣和深？碧脚c20世紀90年代末油價走低及國際海域開放勘探有關(guān)。進入21世紀，油氣地球化學繼續(xù)在以上諸方面取得進展。然而，非常規(guī)油氣和深層（高溫高壓）成為主要研究方向，流體性質(zhì)和相行為受到更多的關(guān)注（Dembicki，2017）。油氣地球化學以元素地球化學、分子地球化學和同位素地球化學為科學基礎(chǔ)，去理解油氣的來源及后續(xù)有機化學變化（Curiale，2017）；以勘查地球化學（exploration geochemistry）和儲層地球化學（reservoir geochemistry）為主要應用領(lǐng)域（Philp and Mansuy，1997）。油氣的元素、分子和同位素分析結(jié)果是油氣地球化學計量學研究的基本數(shù)據(jù)源。 1.2.4 油氣地球化學計量學 油氣地球化學計量學是隨著地球化學，特別是有機地球化學和油氣地球化學的發(fā)展應運而生的。地球化學計量學的概念*早由墨西哥的地球化學家S.P.Verma于2005年提出，是指統(tǒng)計學、數(shù)學與地球化學計算相結(jié)合的科學（Verma，2012）。地球化學計量學借助于火山巖、巖漿巖、沉積巖等的主、微量元素，進行多維成分數(shù)據(jù)分析、多維大地構(gòu)造判別、對改變了的巖漿巖進行多維分類等（Verma，2020）。 油氣地球化學計量學與地球化學計量學相比，不但研究對象不同，而且在統(tǒng)計分析方法、數(shù)據(jù)類型以及解決的實際問題方面均有顯著差別。這是由學科性質(zhì)和研究對象不同決定的。K.E.Peters等于2007年發(fā)表的關(guān)于北極圈油氣系統(tǒng)研究論文中，首次明確了利用化學計量學的決策樹方法（Peters et al.，2007），用20個生物標志化合物和穩(wěn)定同位素指標對900多個油樣進行了分類、識別和油-源對比。按照油氣地球化學計量學的簡短定義，即化學計量學在油氣地球化學中的應用，油氣地球化學計量學的建立應該從2007年算起。事實上，多元統(tǒng)計方法在油氣地球化學的應用，可追溯到20世紀80年代，甚至更早。油氣地球化學中早期應用的多元統(tǒng)計方法主要是一些經(jīng)典的方法——聚類分析和主成分分析（Clayton and Swetland，1980；Christie et al.，1984；Budziski et al.，1995；Barth et al.，1996；Bhullar et al.，1998；Peters et al.，1999）。這些經(jīng)典方法至今依然被廣泛使用。值得注意的是，早期多元統(tǒng)計方法在油氣地球化學的應用，所采用的指標并非都是與生源、環(huán)境或年代相關(guān)的指標。 2000～2010年，油氣地球化學計量學建立。油氣地球化學計量學的簡短定義是：化學計量學在油氣地球化學中的應用。在這期間，化學計量學方法在油氣地球化學中開始應用且應用頻率逐漸增加（Peters and Fowler，2002；Peters et al.，2007，2008a，2008b；Hao et al.，2009），為油氣地球化學計量學建立階段。該階段，油氣地球化學計量學*顯著的特點是：①更注重化學計量學方法與分子地球化學（生物標志化合物）和同位素地球化學的結(jié)合，是油氣地球化學計量學研究*為鮮明的特色；②化學計量學方法更加豐富，針對油氣地球化學中需要解決的原油的混源及分類的實際問題，在油氣地球化學建立之初，直接引入如軟獨立分類模擬（soft independent modeling of class analogy，SIMCA）用于油-源分類（Peters et al.，2007，2008a）、ALS方法進行原油的混源解析（Peters et al.，2008b）。當代地球化學用于油氣勘探中，四個具有里程碑意義的重要技術(shù)之一就是生物標志化合物、穩(wěn)定同位素和多元統(tǒng)計用于油-油和油-源對比；在油藏地球化學中，多層混合生產(chǎn)（或多套管泄漏）比例的確定具有里程碑式的重要價值（Peters and Fowler，2002；Peters et al.，2008b）。K.E.Peters及其合作者為油氣地球化學計量學的建立奠定了高起點的堅實基礎(chǔ)。 2010～2020年，油氣地球化學計量學穩(wěn)健發(fā)展。經(jīng)典的化學計量學方法，聚類分析和主成分分析得到較廣泛的應用，已經(jīng)成為常用的基本方法（Diasty et al.，2020；He et al.，2012；Yang et al.，2017；Wang et al.，2014，2018b，2018c；Thompson-Butler et

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