地質(zhì)建模新方法探索——以地震和測井?dāng)?shù)據(jù)構(gòu)造建模為例

丁衛(wèi)平

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州，072754

地質(zhì)建模新方法探索
——以地震和測井?dāng)?shù)據(jù)構(gòu)造建模為例

丁衛(wèi)平*

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州，072754

地質(zhì)模型建立可以有很多種方法，但比較準(zhǔn)確可靠的方法還是利用地震和測井方法，通過對(duì)測井和地震數(shù)據(jù)的有機(jī)組合，編制了一個(gè)測井和地震綜合解釋的軟件，使深度域和時(shí)間域的數(shù)據(jù)結(jié)合顯示在一個(gè)剖面圖中，克服了測井和地震各自的局限，也利用測井相的判別分析和地層的馬爾科夫性質(zhì)，利用相關(guān)算法進(jìn)行地層旋回，地層柱等的自動(dòng)生成，減少人為認(rèn)識(shí)的誤差，也消除地層沉積時(shí)的隨機(jī)干擾，為測井地震解釋提供了新的方法。

測井 地震 融合 可視化軟件

地質(zhì)工作者尤其是研究沉積礦產(chǎn)的地質(zhì)工作人員特別關(guān)心地下地質(zhì)模型，這些對(duì)沉積礦產(chǎn)的分布有很重要的關(guān)系。地質(zhì)模型建立可以有很多種方法，比如重磁電數(shù)據(jù)也可用來建立地質(zhì)模型，但比較準(zhǔn)確可靠的方法還是利用地震和測井方法。

1 研制地震和測井?dāng)?shù)據(jù)構(gòu)造建模必要性分析

在地層覆蓋區(qū)進(jìn)行石油、煤炭、鹽類、地下水、金屬等的資源勘查時(shí)，由于地表完全被第四系覆蓋，有時(shí)候覆蓋厚度很大，可達(dá)上百米，在海洋石油勘探中，海水更深達(dá)上千米，這時(shí)候最常用的野外勘探是地震和測井等工作。地震可以是二維的，也可能有三維的，它們主要反映了地下地質(zhì)體（層）的彈性特征，而測井則有很多種方法，比如密度測井、電阻率測井、微電極測井、測向測井、感應(yīng)測井、傾角測井、聲波測井、井徑測量、伽瑪測井等等，它們都從不同的側(cè)面反映了地下地層或巖體的某方面信息，要想對(duì)地層或巖體有深入的認(rèn)識(shí)就必須將多種測井曲線綜合利用。

地震方法其特點(diǎn)是立體性（三維）或者剖面性（二維），但是與測井?dāng)?shù)據(jù)相比，地震的分辨率低很多，測井則分辨率相當(dāng)高，但只代表一測井點(diǎn)下部的詳細(xì)信息，經(jīng)過處理后用來進(jìn)行解釋的地震數(shù)據(jù)如果能與測井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合起來將克服各自的局限，充分反映地下的地質(zhì)、構(gòu)造、礦產(chǎn)等情況。對(duì)于資源勘查尤其是石油、天然氣、煤炭、鉀鹽、磷塊巖等沉積礦產(chǎn)的勘查有很重要的意義，對(duì)于厚覆蓋區(qū)的勘查則意義更加重大。

為了克服地震和測井解釋時(shí)各自的缺陷，發(fā)揮各自的長處，有必要將二者結(jié)合起來顯示并進(jìn)行解釋，這樣可以做到相互補(bǔ)充，取長補(bǔ)短。因此開發(fā)一個(gè)測井和地震相互融合利用的軟件很有必要。

2 地震與測井?dāng)?shù)據(jù)的融合

地震數(shù)據(jù)在沒有建立速度場之前都是時(shí)間域的，而測井?dāng)?shù)據(jù)都是深度域的，時(shí)間域的數(shù)據(jù)要與深度域數(shù)據(jù)融合在一起顯示，可以采用兩種方式，一是利用測井曲線中的聲波時(shí)差和密度曲線（沒有密度曲線的情況下可采用gardner公式將聲波曲線轉(zhuǎn)換而得到密度曲線），通過它們及選擇的子波（雷克子波、帶通子波或者從井旁地震道中提取的子波等）做合成地震記錄（圖1），然后將該合成記錄不斷與井旁地震對(duì)比，對(duì)比的過程中不斷修改深時(shí)關(guān)系，使合成記錄與井旁地震道具有最大的相似性，這樣就可以獲得該口井從上到下的深時(shí)關(guān)系，在對(duì)所有井利用合成記錄的方法獲得它們相應(yīng)的深時(shí)關(guān)系后，就可以將所有深度域的測井?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成時(shí)間域的測井?dāng)?shù)據(jù)，然后與時(shí)間域的地震數(shù)據(jù)一起顯示在圖上，成為一時(shí)間域的測井地震數(shù)據(jù)融合圖；另一種方法是將時(shí)間域的地震數(shù)據(jù)利用速度場裝化到深度域，然后與深度域的測井?dāng)?shù)據(jù)一起顯示成一張深度域的地震測井?dāng)?shù)據(jù)融合剖面圖。

圖1 某井合成記錄與地震對(duì)比確定深時(shí)關(guān)系圖Fig 1 Confirming the depth-time relation by the comparision of integrated seismogram and well-side seismic data for some well

子波在筆者所編的軟件中可調(diào)整相位和頻率，并且能選擇某時(shí)窗內(nèi)的反射系數(shù)與子波相乘，顯示分布褶積，有點(diǎn)類似電影慢鏡頭的效果

圖1為所編軟件的合成記錄標(biāo)定圖，先將聲波曲線轉(zhuǎn)換成速度曲線，再將速度曲線與密度曲線相乘，得波阻抗曲線，然后利用波阻抗曲線（DV）計(jì)算出反射系數(shù)曲線，再將反射系數(shù)曲線與選擇的雷克子波進(jìn)行褶積即生成合成記錄曲線，該曲線與井旁地震進(jìn)行對(duì)比吻合比較好的話，這時(shí)井的深時(shí)關(guān)系比較準(zhǔn)確。

D1，D2：反射點(diǎn)上下的密度，

V1，V2：反射點(diǎn)上下層的速度，

R：反射點(diǎn)的反射系數(shù)

測井生產(chǎn)過程中除了各種曲線外，還有各種重要的取心數(shù)據(jù)，包括巖心數(shù)據(jù)，如不同深度的沉積巖石什么類型，另外還有油氣水?dāng)?shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)是非常重要的原始數(shù)據(jù)，對(duì)石油、煤炭、地下水或鹽類化工礦產(chǎn)等的勘查有很重要的意義。另外測井解釋的過程中可以產(chǎn)生很多新數(shù)據(jù)，比如分層數(shù)據(jù)、地層旋回?cái)?shù)據(jù)、石油的生儲(chǔ)蓋數(shù)據(jù)、沉積相數(shù)據(jù)等等。如果我們對(duì)井旁地震進(jìn)行時(shí)頻分析還可產(chǎn)生井位置從上到下的時(shí)頻數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)多是深度域的，但也有時(shí)間域的，如時(shí)頻分析數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)融合顯示在一個(gè)剖面圖上都需要深時(shí)關(guān)系來轉(zhuǎn)換，大量不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)顯示在一個(gè)剖面圖上需要精心組織才行。

筆者所編的軟件將多種數(shù)據(jù)顯示在一口井的柱狀圖中（圖2），注意包括井旁地震（有些解釋不一定很正確），由于版面限制，這里只顯示了一部份。

圖2 JI201井地質(zhì)數(shù)據(jù)柱狀顯示圖Table2 Geologic data bar graph of a drilling

3 測井與地質(zhì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換利用

3.1 測井巖性數(shù)據(jù)的判別分析利用??李昌，南冀山油田利用測井資料識(shí)別地層巖性，杭州地質(zhì)研究所，2006

煤田、水文，石油勘探等測井過程中，常有這樣的情況，一個(gè)地區(qū)鉆了多口井，其中一口井取了完整的巖性數(shù)據(jù)，但其他井因故只有測井曲線數(shù)據(jù)，這時(shí)候可以利用已知井的巖性數(shù)據(jù)和測井曲線，運(yùn)用數(shù)學(xué)地質(zhì)判別分析的方法來得到比較準(zhǔn)確的未知井的巖性數(shù)據(jù)。

在已知巖性數(shù)據(jù)的測井中，建立巖性與測井曲線之間的判別函數(shù)關(guān)系式，這一過程中應(yīng)該去掉那些與巖性關(guān)系不那么敏感的測井曲線數(shù)據(jù)（比如傾角測井?dāng)?shù)據(jù)等）。一旦建立了該判別關(guān)系式后，再將其用到同一工區(qū)的其他井中，利用其他未知井的相應(yīng)測井曲線即可以生成該井的巖性柱數(shù)據(jù)。當(dāng)然這種判別關(guān)系式很顯然只能用到地質(zhì)條件類似的鄰近井中。

具體過程：根據(jù)有較多取心的關(guān)鍵井中已知巖性地層的測井參數(shù)，應(yīng)用數(shù)學(xué)的方法劃分出具有地質(zhì)意義的測井相（圖3），再通過與巖心對(duì)比建立測井相-巖心數(shù)據(jù)庫，最后對(duì)未取心井進(jìn)行逐層的測井相分析，并鑒別巖性，最終獲得這些井的剖面巖性。

下面對(duì)上述方法進(jìn)行具體步驟說明：

（1）利用方差分析，系統(tǒng)聚類分析和Bayer逐步判別分析等多元統(tǒng)計(jì)分析有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)測井曲線自動(dòng)分層，如圖4所示，分層的目的是去掉一些隨機(jī)因素引起的測量誤差，也為了減少計(jì)算量，通過上述步驟選擇對(duì)巖心有較大影響力的測井曲線來進(jìn)行判別分析。

（2）對(duì)巖心數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，尋找標(biāo)準(zhǔn)樣品層，因?yàn)閹r心數(shù)據(jù)可能很多，為了排除一些干擾，對(duì)一些巖性接近的地層可以進(jìn)行歸類合并，以巖性出現(xiàn)厚度較大，多次出現(xiàn)等特征來挑選標(biāo)準(zhǔn)樣品層，圖5為對(duì)出現(xiàn)的各種巖性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。

圖3 進(jìn)行巖心測井相分析的過程Fig.3 Analysing procedure for the lithological welllogging phase

圖4 曲線方波化Fig 4 Curve block method display diagram

圖5 巖性統(tǒng)計(jì)柱狀圖Fig 5 Lithological statistic histogram

為了更準(zhǔn)確地利用重要的鉆井中的地層巖性，我們還進(jìn)行了對(duì)該井巖性柱中共三十個(gè)巖性層的三種（RT，DEN，GR）測井曲線進(jìn)行了數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)上聚類分析，劃出了巖石樣品的聚類分析圖，再結(jié)合上面述及的巖心中巖性統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以相關(guān)系數(shù)0.444，將鉆井中的巖性分為五種巖性（圖6）。

（3）建立該測井工作區(qū)的判別函數(shù)【1】。

（4）利用判別函數(shù)和鉆井中的測井曲線建立該井中的地層巖性柱。

圖7說明用三種測井曲線能把五種主要的巖性區(qū)別開來。

有巖心井的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，看判別分析得出的巖心數(shù)據(jù)與實(shí)際巖心數(shù)據(jù)有多大的判斷正確率，圖8為某井判別分析對(duì)比效果圖（該井本身有巖性數(shù)據(jù)，對(duì)于建立好的判別函數(shù)，可以用已知數(shù)據(jù)）。

圖6 鉆井中地層的聚類分析譜系圖Fig.6 Cluster analysis phenogram of strata in the drilling

圖7 三維空間測井?dāng)?shù)據(jù)與巖性的點(diǎn)陣圖Fig 7 Scattering diagram in 3D space for the wellloging data

圖8 判別分析效果圖Fig 8 Distinguishing analysing effect diagram for some well

從上可以看出，雖然有些層段出現(xiàn)了誤判現(xiàn)象，但總的來說，判別效果還是很不錯(cuò)的，判別錯(cuò)的地方主要是兩種巖性差異較小，測井曲線特征相似，這種誤判并不影響整體效果。

3.2 巖性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到地層旋回?cái)?shù)據(jù)【2】

通過上述測井曲線和巖心中的巖性地層判別分析后，可以考慮將巖性數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到地層旋回?cái)?shù)據(jù)，在以往，地層旋回?cái)?shù)據(jù)，主要根據(jù)人們的地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)直接在剖面圖中利用旁邊的巖性數(shù)據(jù)的出露情況判斷是什么旋回性質(zhì)，用正向三角形或負(fù)向三角形來表示正旋回或負(fù)旋回等，但是這種方法有很多主觀的因素，而且容易受干擾，由于地層的反復(fù)出現(xiàn)具有馬爾科夫鏈性質(zhì)，也就是某一時(shí)代的地層出現(xiàn)只與當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境有關(guān)，或者說只與該地層的前一地層有關(guān)，而與更早以前的沉積地層沒有關(guān)系，因此可以考慮將巖性數(shù)據(jù)利用馬爾科夫鏈分析的原理方法，將巖性數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換生成地層旋回?cái)?shù)據(jù)。

馬爾科夫鏈分析地層旋回有很多方法，其中的轉(zhuǎn)移概率方法，極限概率方法，置換分析、熵分析都能對(duì)地層序列進(jìn)行某種角度的分析。但這些方法在消除隨機(jī)因素干擾，突出沉積規(guī)律性方面不太強(qiáng)，我們可選擇環(huán)流分解法。該方法在沉積作用復(fù)雜，旋回類型多樣，巖性狀態(tài)比較多時(shí)，消除干擾方面有較好的優(yōu)勢。

在進(jìn)行環(huán)流分析時(shí)，必須選擇在物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面都有明顯差異的巖性，以有明顯的地質(zhì)成因意義為原則。圖2中的旋回?cái)?shù)據(jù)即自動(dòng)生成的結(jié)果。

4 綜合剖面圖的顯示【3】

測井地震綜合顯示的剖面圖中，所編軟件在井方面能顯示的數(shù)據(jù)包括曲線（含波阻抗、速度）、合成記錄、反射系數(shù)、子波、巖性、地質(zhì)分層、地層、油氣水、生儲(chǔ)蓋（生油層、儲(chǔ)層、蓋層）、地層旋回、文字解釋等數(shù)據(jù)，地震數(shù)據(jù)中可以進(jìn)行層位拾取等（圖9），這些數(shù)據(jù)有的是原始數(shù)據(jù)，有的是測井解釋過程中生成的數(shù)據(jù)，為了使這些數(shù)據(jù)有機(jī)組成而不亂，我們采用數(shù)據(jù)樹的方式來組織這些數(shù)據(jù)，按數(shù)據(jù)類型來組織成各類數(shù)據(jù)樹中的節(jié)點(diǎn)，并且把原始曲線和生成曲線進(jìn)行分開。把需要顯示的深（時(shí)）數(shù)據(jù)以深度或時(shí)間標(biāo)尺（或深時(shí)混合標(biāo)尺）來表示。

軟件的主要特色如下：

（1）用數(shù)據(jù)樹來顯示所有數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)是否被選擇上來表示是否顯示在繪圖區(qū)；

（2）對(duì)各種測井曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和預(yù)處理；

（3）各種數(shù)據(jù)的查詢、顯示、編輯、修改；

（4）各種子波的選擇和修改，合成記錄的制作和編輯，確定深時(shí)關(guān)系；

（5）多井和地震剖面的連井顯示，井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比，層位拾??；

（6）多曲線和巖性的組合顯示；

（7）反射系數(shù)的分布褶積；

（8）繪圖區(qū)鼠標(biāo)拖動(dòng)修改道寬，縱向比例尺及道頭高度等；鼠標(biāo)拖動(dòng)數(shù)據(jù)道到空白區(qū)不再顯示；

（9）利用判別分析生成巖性數(shù)據(jù)；

（10）利用巖性數(shù)據(jù)根據(jù)地層的馬爾科夫性質(zhì)自動(dòng)生成地層旋回?cái)?shù)據(jù)；

以下為本軟件的主界面，由于版面的關(guān)系，這里只顯示了部分?jǐn)?shù)據(jù)在剖面圖上。

利用該軟件，我們選擇了某工區(qū)的兩口井的數(shù)據(jù)，并且利用井間的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)際的應(yīng)用。

應(yīng)用過程中，我們先同時(shí)把兩口井的深時(shí)關(guān)系利用合成記錄與井旁地震對(duì)比編輯得到，然后結(jié)合我們得到的巖性數(shù)據(jù)以及其它井?dāng)?shù)據(jù)（包括我們編輯解釋生成的數(shù)據(jù)）將它們顯示在剖面圖中，見圖10，從圖中可以看出，用合成記錄標(biāo)定得到的深時(shí)關(guān)系繪制的圖形，明顯反應(yīng)了測井曲線與地層巖性、地震等的對(duì)應(yīng)關(guān)系，兩條紅色的地震層位拾取線反應(yīng)了礫巖或砂巖層的出露部位，地層旋回也有較好的反應(yīng)，說明利用旋回分析的方法來自動(dòng)生成地層旋回是可行的。

圖9 連井地震綜合解釋軟件主界面圖Fig 9 Main interface figure of multi wells and seismit interpretation

圖 10 連井地震剖面對(duì)比圖Fig 10 Comparision diagram for the multi-well and seismic profile.

5 結(jié)論

該軟件在測井與地震綜合顯示以及相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化方面進(jìn)行了一些探索，在數(shù)據(jù)組織方便性，合成記錄編輯靈活性，測井相分析和旋回分析等方面進(jìn)行了一些有益的嘗試，對(duì)煤田，化工，石油等勘探行業(yè)確立地下地層模型等方面有較大的意義。由于時(shí)間的關(guān)系，有些功能還待完善（軟件只有更好沒有最好），筆者認(rèn)為可以繼續(xù)進(jìn)行以下一些工作：

（1）用測井原理，利用提供的測井曲線進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的計(jì)算，以便得到人們關(guān)心的更加重要的參數(shù)，比如滲透率、飽和度等等。

（2）對(duì)井所在的地震道，進(jìn)行時(shí)頻分析，進(jìn)一步克服地震分辨率低的弱點(diǎn)，在時(shí)頻分析結(jié)果出來后，將其顯示在井?dāng)?shù)據(jù)道中，因高頻對(duì)應(yīng)于薄層集中的地下部位，而低頻段則對(duì)應(yīng)于厚地層分布的地下部位，這樣可以對(duì)地層進(jìn)行更好的判斷。

（3）在每口井的深時(shí)關(guān)系出來以后，對(duì)于井之間的深時(shí)關(guān)系，除了可以利用地震解釋軟件得到的速度場來顯示深度域剖面外，應(yīng)研究利用井之間的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)克立金插值的方法的可行性，這樣可以由多口井的深時(shí)關(guān)系插值出井之間有地震控制位置的深時(shí)關(guān)系。

（4）增加地震道提取子波的功能，以便做到做合成記錄的子波更準(zhǔn)確。

1 長春地質(zhì)學(xué)院數(shù)學(xué)地質(zhì)研究室. 多元統(tǒng)計(jì)分析方法在地質(zhì)中的應(yīng)用[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1983

2 張光前，劉承祚. 環(huán)流分解及其在沉積地層旋回分析中的應(yīng)用[M]. 地質(zhì)科學(xué)，1989，（03）

3 Gasmin Blanchette， Mark Summerfield 著. C++ GUI Qt3 編程[M]. 齊亮，譯. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006

THE RESEARCH OF THE NEW METHODS OF GEOMODELING CONSTRUCTION——BASED ON THE WELLLOG AND SEISMIC DATA

Ding Weiping
Geological Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau，Zhuozhou，Hebei，072754，China

By the syncretizing between the seismic data and welllog data，we made a interpreted software for the welllog and seismic data ，it can link the depth field data and time field data to one profile plot，to conquer the shorftcomings of welllog data and seismic data localization，this software also used distinguishing analyse method to create lithological column，and then，because of the stratum Markev character we can get the stratum gyration data from this lithological column，by this way，we can make fewer errors in getting gyration data，and eliminate the random molest，provide the new method for the welllog and seismic Integration.

welllog，seismic，integration，visual softeare

P631.4+P631.81

A

1006–5296（2012）02–0115–08

丁衛(wèi)平（1965～），男，地球化學(xué)和數(shù)學(xué)地質(zhì)專業(yè)，高級(jí)工程師

2011-11-29；改回日期：2012-05-12