基于模糊模式識(shí)別的貼近度法判別煤田測(cè)井巖性

連增增，譚志祥，鄧喀中

（1.河南理工大學(xué)礦山空間信息技術(shù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 焦作 454000；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)國(guó)土環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)國(guó)家測(cè)繪局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221116）

0 引 言

快速、準(zhǔn)確地查明煤炭資源賦存規(guī)律，為煤炭開發(fā)建設(shè)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)，是煤田勘探技術(shù)發(fā)展的方向［1］。巖性解釋是測(cè)井解釋的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)巖性識(shí)別及自動(dòng)分層定厚可提高解釋速度、減少人為因素、降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度［2－4］。由于井下地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性和測(cè)井參數(shù)分布的模糊性，傳統(tǒng)的巖性識(shí)別方法識(shí)別精度有限。因此，采用模糊模式識(shí)別方法研究比采用一般模式識(shí)別理論符合實(shí)際。

模糊模式識(shí)別指標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)中的模型是模糊的，或者有待識(shí)別的對(duì)象是模糊的，即識(shí)別方法是模糊的。用模糊模式識(shí)別對(duì)測(cè)井巖性參數(shù)分布等模糊現(xiàn)象進(jìn)行分析，可以使分析結(jié)果盡可能客觀，從而取得更好的實(shí)際效果。因此，本文運(yùn)用模糊模式識(shí)別法，根據(jù)金衢盆地錢家構(gòu)造某研究井的數(shù)據(jù)對(duì)巖性進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)比分析不同貼近度計(jì)算方法，求得最適合的貼近度方法，為今后進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)。

1 影響巖性識(shí)別的主要因素

作為模糊模式識(shí)別法的輸入?yún)?shù)，測(cè)井資料的選擇對(duì)于模糊模式識(shí)別的結(jié)果有很大的關(guān)系。測(cè)井曲線中包含豐富的巖性信息，不同的測(cè)井曲線對(duì)于巖性和地層有不同的區(qū)分度［5］。對(duì)巖性反映靈敏的測(cè)井曲線有自然電位（SP）、自然伽馬（GR）、井徑（CAL）、聲波（AC）、微梯度（RLML）、微電位（RNML）、電阻率（Rt）等。測(cè)井參數(shù)觀測(cè)值差異主要取決于巖性，即決定于組成巖石的礦物成分、結(jié)構(gòu)和巖石孔隙中所含流體的性質(zhì)；反之，對(duì)于一組特定的測(cè)井參數(shù)值，它就對(duì)應(yīng)著地層中的某一種巖性［6］。

2 實(shí)驗(yàn)概況

在應(yīng)用測(cè)井參數(shù)值識(shí)別巖性時(shí)，首先在分析研究區(qū)域內(nèi)巖樣和測(cè)井參數(shù)對(duì)應(yīng)特征的基礎(chǔ)上，劃分研究區(qū)域巖樣的巖性，研究區(qū)域內(nèi)巖心的巖性分為熒光灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖和砂礫屑灰?guī)r［9］。從各類巖性的巖樣中讀取部分代表性巖樣對(duì)應(yīng)的測(cè)井參數(shù)值，確定巖性與測(cè)井參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系［10］。研究采用文獻(xiàn)［11］中金衢盆地錢家構(gòu)造某研究井的數(shù)據(jù)，選擇自然伽馬、聲波、自然電位、井徑、微梯度、微電位和電阻率等7項(xiàng)測(cè)井參數(shù)指示巖性（見表1）；巖性用1、2、3代表熒光灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖、砂礫屑灰?guī)r，待識(shí)別的巖性測(cè)試樣本用0表示；運(yùn)用模糊模式識(shí)別法進(jìn)行巖性識(shí)別。

本文運(yùn)用李鴻吉［12］編寫的模糊識(shí)別軟件進(jìn)行巖性識(shí)別。

表1 巖性識(shí)別樣本數(shù)據(jù)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 求得標(biāo)準(zhǔn)模型

實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)已知測(cè)井巖性數(shù)據(jù)并采用極差變換數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，求得標(biāo)準(zhǔn)模型及需要識(shí)別的待定樣本（見圖1）。

3.2 計(jì)算貼近度

在模式識(shí)別問(wèn)題中，被識(shí)別的對(duì)象往往不是論域中的一個(gè)確定的元素，而是論域的一個(gè)子集（普通子集或模糊子集），于是所涉及到的不是元素對(duì)集合的隸屬關(guān)系，而是2個(gè)模糊子集之間的貼近程度。貼近度就是2個(gè)模糊集接近程度的度量，求貼近度的方法主要有格貼近度、海明貼近度、歐式貼近度、最大最小貼近度及算術(shù)平均最小貼近度。

根據(jù)求得的標(biāo)準(zhǔn)模型，分別計(jì)算9個(gè)待定樣本與3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型的貼近度（見圖2）。分析圖2可知，各個(gè)貼近度曲線總體形狀相類似，都能較好地反映各個(gè)待定樣本的巖性；在格貼近度曲線圖中，待定樣本與標(biāo)準(zhǔn)模型3的貼近度沒有海明貼近度、歐式貼近度、最大最小貼近度及算術(shù)平均最小貼近度中的曲線起伏變化明顯；在最大最小貼近度曲線圖與算術(shù)平均最小貼近度曲線圖中，待定樣本7、8、9與標(biāo)準(zhǔn)模型2、3貼近度區(qū)分不明顯。

從圖2中還可以看出，不同巖性對(duì)同一貼近度計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生了突變現(xiàn)象，這既有理論模型本身的原因，也有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方面的原因。除此之外，雖然相同巖性在同種貼近度計(jì)算方法的結(jié)果中顯現(xiàn)了略微的不同。但是，對(duì)于預(yù)測(cè)的結(jié)果而言，還是可以滿足需要。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)模型及待定樣本

3.3 不同貼近度方法對(duì)結(jié)果影響及分析

根據(jù)求得的貼近度，可以判斷待定樣本的巖性（見表2），預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果完全一致。由于貼近度方法的不同，求出的貼近度值也是不一樣的（見圖3）。

圖2 貼近度曲線

表2 巖性識(shí)別結(jié)果

圖3 不同貼近度方法求得的最大貼近度曲線

由圖3可見，雖然5種方法都能夠識(shí)別出待定樣本的巖性，但是海明貼近度法求得的結(jié)果較為穩(wěn)定；格貼近度求得的1～6號(hào)樣本最大貼近度較好，而7～9號(hào)樣本的最大貼近度突然變小至0.75，變化起伏較大，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定；歐式貼近度法、最大最小貼近度法及算術(shù)平均最小貼近度法也都不如海明貼近度法。因此，海明貼近度方法最適合該巖性識(shí)別實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié) 論

（1）首次運(yùn)用模糊模式識(shí)別法進(jìn)行測(cè)井巖性識(shí)別。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用模糊模式識(shí)別法進(jìn)行測(cè)井資料巖性識(shí)別，識(shí)別準(zhǔn)確率較高，能滿足實(shí)際應(yīng)用，具有很好的應(yīng)用前景，由此也驗(yàn)證了模糊模式識(shí)別方法用于巖性識(shí)別的可行性和科學(xué)性。

（2）分析了不同貼近度方法求得的貼近度，結(jié)果表明5種方法所識(shí)別的結(jié)果都是正確的。

（3）通過(guò)分析對(duì)比5種方法所求得的最大貼近度曲線，可知海明貼近度方法所得結(jié)果較為穩(wěn)定、準(zhǔn)確，最適合該次巖性識(shí)別實(shí)驗(yàn)。

［1］劉明軍.遺傳BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在彬長(zhǎng)礦區(qū)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)巖性識(shí)別中的應(yīng)用研究 ［D］.西安：煤炭科學(xué)研究總院西安研究院，2009：1-2.

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