灰色理論在地球物理勘探中應(yīng)用的研究

董健 劉守君

【摘 要】簡要介紹了灰色理論的基本原理及基本方法.通過回顧灰色理論的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀，以及灰色理論在地震解釋、地質(zhì)評價、測井解釋三方面應(yīng)用研究的最新進(jìn)展，指出灰色理論的發(fā)展趨勢和方向。隨著油田勘探開發(fā)進(jìn)程的不斷深入，灰色理論將受到越來越廣泛的重視，在油氣的勘探開發(fā)中所發(fā)揮的作用將越來越明顯。

【關(guān)鍵詞】灰色理論；灰色預(yù)測；灰色建模

1.灰色理論及實現(xiàn)方法

1.1 灰關(guān)聯(lián)度分析

關(guān)聯(lián)度分析是灰色系統(tǒng)最主要也是目前在地球物理勘探開發(fā)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的方法之一。它主要用于分析不同數(shù)據(jù)項之間相互影響、相互依賴的關(guān)系，根據(jù)事物序列（母序列和子序列）曲線幾何形狀的相似程度，定量的評判事物（因素）間的關(guān)聯(lián)程度.兩條曲線的形狀彼此越相似，關(guān)聯(lián)度就越大，反之，則關(guān)聯(lián)度越小。其中的關(guān)鍵是對灰關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行分析，找出其中起主導(dǎo)作用的因素。

1.2灰色聚類

灰色聚類是以灰色關(guān)聯(lián)度為基礎(chǔ)的聚類方法，實質(zhì)上是將聚類對象歸納成若干個灰色系統(tǒng)類型，以判斷該聚類對象屬于哪一類灰色類型.它能給出定量的評價，比定性的地質(zhì)分析更具客觀性。

1.3灰色預(yù)測和灰色建模

灰色預(yù)測通過原始數(shù)據(jù)的處理和灰色模型的建立，發(fā)現(xiàn)和掌握系統(tǒng)發(fā)展的規(guī)律，對系統(tǒng)的未來狀態(tài)做出科學(xué)的定量預(yù)測.灰色理論認(rèn)為，原始地震數(shù)據(jù)本身就是一種多因素的組合作用的結(jié)果。與其進(jìn)行因素的多層剖析，不如就以原始依據(jù)進(jìn)行預(yù)測.在地震資料的預(yù)測處理中這是一種新的思想、新的角度。

2.灰色理論的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀

灰色理論把一般系統(tǒng)論、信息論、控制論的觀點和方法延伸到社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等抽象系統(tǒng)，結(jié)合運(yùn)用數(shù)學(xué)方法形成了一套解決信息不完備系統(tǒng)的理論和方法。從思維邏輯的發(fā)展來看，灰色理論是從“黑箱”、“灰箱”概念演進(jìn)而來的。1953年英國科學(xué)家艾什比首先使用黑箱一詞，用來定義那些內(nèi)部結(jié)構(gòu)、特性、參數(shù)全部未知，只好從對象外部信息來研究的一類事物.然而在現(xiàn)實中，面對的常常是對其有了部分了解的“系統(tǒng)”，艾什比稱之為“部分可察黑箱”或“灰箱”。1982年鄧聚龍在灰箱概念的基礎(chǔ)上首次提出了灰色系統(tǒng)的概念，主張從事物內(nèi)部去研究系統(tǒng)。鄧聚龍在提出灰色系統(tǒng)概念以后，對其經(jīng)過逐步的完善和發(fā)展，漸漸形成了灰色系統(tǒng)理論。1992年召開的灰色系統(tǒng)學(xué)術(shù)會議引起了廣大學(xué)者重視，由此將灰色理論和實際應(yīng)用推向了一個高潮。灰色理論從上世紀(jì)80年代問世，經(jīng)90年代的迅速發(fā)展，到21世紀(jì)的廣泛應(yīng)用，雖然只有20多年的發(fā)展歷程，但卻引起了人們的高度重視和極大關(guān)注。目前灰色理論已基本建立起灰色朦朧集為基礎(chǔ)的理論體系，灰色關(guān)聯(lián)空間為依托的分析體系，灰色序列生成為基礎(chǔ)的方法體系，灰色模型（GM）為核心的模型體系。它作為一門新興學(xué)科廣泛的應(yīng)用于地球物理勘探開發(fā)的各個方面。

3.灰色理論在地球物理勘探開發(fā)中的應(yīng)用

3.1地震解釋

灰色理論在地震資料解釋中的應(yīng)用主要包括層位標(biāo)定、巖性分析以及地震剖面的異常值提取等。其中層位標(biāo)定和巖性分析作為地震解釋的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)和描述地層地質(zhì)情況的重要信息，一直倍受關(guān)注。當(dāng)然也是灰色理論在地震資料解釋中應(yīng)用的重點.其典型的方法是從測井資料中提取與層位、巖相有關(guān)的信息，將地層剖面、巖性分成若干個測井評價參數(shù)范圍，然后采用這些測井地質(zhì)評價參數(shù)與巖心錄井剖面進(jìn)行詳細(xì)對比，統(tǒng)計確定出地質(zhì)評價參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，最后用參數(shù)特征值白化灰色系統(tǒng)，以達(dá)到精細(xì)劃分地層層位和巖性的目的。這種做法最大優(yōu)點就是使測井資料得到了充分的利用，同時這也是灰色理論在地震資料解釋中應(yīng)用的最顯著的一個特點。

3.2儲層評價

儲層評價所涉及的內(nèi)容很多，應(yīng)用范圍也相當(dāng)廣泛，但目前儲層評價還沒有一套公認(rèn)的評價標(biāo)準(zhǔn)和工作規(guī)范，各家的評價方法都不盡一致如模糊判別法和專家打分法等。這些方法往往要求數(shù)據(jù)量較大，而且還要求數(shù)據(jù)間存在典型的統(tǒng)計規(guī)律，實際計算是很困難的?；疑碚撛趦釉u價中的應(yīng)用則有效的克服了上述方法的不足。它的基本思路是通過選取儲層的各評價參數(shù)特征值，利用灰色理論的基本方法去白化儲層系統(tǒng)發(fā)展的態(tài)勢，確定評價指標(biāo)和實際數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)度，據(jù)此定量描述儲層的特征，具有數(shù)據(jù)量小、模型簡單等優(yōu)點，很好地滿足了實際生產(chǎn)的需要.另外，灰色理論是一個動態(tài)的預(yù)測過程，對于油氣井的儲量、儲層產(chǎn)能等這樣每時每刻都在發(fā)生變化的預(yù)測目標(biāo)，不僅能夠很好的預(yù)測出油氣井以及儲層儲量長期的情況，而且還能進(jìn)行時時的監(jiān)控預(yù)測。

4.灰色理論的發(fā)展方向

4.1加強(qiáng)基礎(chǔ)理論的研究

灰色理論基本方法的研究深度不足，數(shù)學(xué)證明不夠完善。比如灰關(guān)聯(lián)分析不適用于負(fù)相關(guān)序列的分析和計算；由灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)構(gòu)成的灰色關(guān)聯(lián)度不滿足灰色關(guān)聯(lián)公理中的整體性和偶對對稱性原則；灰色建模方法的累加生成不能減弱原始數(shù)列的隨機(jī)性時，用一階微分方程作為預(yù)測模型必然存在原理性誤差等問題，都是灰色理論基本方法中存在的問題，都直接間接地影響了最終的預(yù)測結(jié)果.特別是灰色理論的一些核心內(nèi)容，如累加生成數(shù)列能夠提高預(yù)測精度等結(jié)論，在現(xiàn)有的灰理論專著中均末經(jīng)予嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明.而這些結(jié)論作為灰色理論的核心內(nèi)容正廣泛地應(yīng)用于地球物理勘探開發(fā)的各個方面，對最終的預(yù)測結(jié)果和精度的影響很大。

4.2拓寬應(yīng)用范圍

從目前的研究成果來看，灰色理論在地球物理勘探開發(fā)中的應(yīng)用主要集中在地震資料解釋、地質(zhì)評價和測井解釋三個方面，歸根到底還是主要應(yīng)用在解釋方面，應(yīng)用領(lǐng)域過于單一，解決實際問題的能力還不足，且灰色理論在儲層預(yù)測中的應(yīng)用目前尚限于單系列預(yù)測，存在著一定的風(fēng)險。另外，灰色理論主要研究方法的應(yīng)用范圍也還十分有限。如：利用灰色建模、灰色關(guān)聯(lián)分析作為研究工具的例子較為普遍，其它方法的應(yīng)用則相對較少。

4.3與其它方法相結(jié)合

由于灰色理論自身的理論基礎(chǔ)這不夠完善，解決勘探開發(fā)中出現(xiàn)的各種問題的能力稍顯不足。近年來雖然出現(xiàn)了將灰色理論與分形、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論等方法聯(lián)合應(yīng)用的實例，但應(yīng)用的范圍和深度都還遠(yuǎn)不能滿足實際需要。可以嘗試將其與其他優(yōu)化、仿真方法相結(jié)合，如遺傳算法、混合離散變量多目標(biāo)尋優(yōu)算法以及小波變換、最小二乘方法等。

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