地質建模新方法探索——以地震和測井數據構造建模為例

丁衛平

中化地質礦山總局地質研究院，河北涿州，072754

地質建模新方法探索
——以地震和測井數據構造建模為例

丁衛平*

中化地質礦山總局地質研究院，河北涿州，072754

地質模型建立可以有很多種方法，但比較準確可靠的方法還是利用地震和測井方法，通過對測井和地震數據的有機組合，編制了一個測井和地震綜合解釋的軟件，使深度域和時間域的數據結合顯示在一個剖面圖中，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，利用相關算法進行地層旋回，地層柱等的自動生成，減少人為認識的誤差，也消除地層沉積時的隨機干擾，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

地質工作者尤其是研究沉積礦產的地質工作人員特別關心地下地質模型，這些對沉積礦產的分布有很重要的關系。地質模型建立可以有很多種方法，比如重磁電數據也可用來建立地質模型，但比較準確可靠的方法還是利用地震和測井方法。

1 研制地震和測井數據構造建模必要性分析

在地層覆蓋區進行石油、煤炭、鹽類、地下水、金屬等的資源勘查時，由于地表完全被第四系覆蓋，有時候覆蓋厚度很大，可達上百米，在海洋石油勘探中，海水更深達上千米，這時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，它們都從不同的側面反映了地下地層或巖體的某方面信息，要想對地層或巖體有深入的認識就必須將多種測井曲線綜合利用。

地震方法其特點是立體性（三維）或者剖面性（二維），但是與測井數據相比，地震的分辨率低很多，測井則分辨率相當高，但只代表一測井點下部的詳細信息，經過處理后用來進行解釋的地震數據如果能與測井數據結合起來將克服各自的局限，充分反映地下的地質、構造、礦產等情況。對于資源勘查尤其是石油、天然氣、煤炭、鉀鹽、磷塊巖等沉積礦產的勘查有很重要的意義，對于厚覆蓋區的勘查則意義更加重大。

為了克服地震和測井解釋時各自的缺陷，發揮各自的長處，有必要將二者結合起來顯示并進行解釋，這樣可以做到相互補充，取長補短。因此開發一個測井和地震相互融合利用的軟件很有必要。

2 地震與測井數據的融合

地震數據在沒有建立速度場之前都是時間域的，而測井數據都是深度域的，時間域的數據要與深度域數據融合在一起顯示，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比，對比的過程中不斷修改深時關系，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關系，在對所有井利用合成記錄的方法獲得它們相應的深時關系后，就可以將所有深度域的測井數據轉化成時間域的測井數據，然后與時間域的地震數據一起顯示在圖上，成為一時間域的測井地震數據融合圖；另一種方法是將時間域的地震數據利用速度場裝化到深度域，然后與深度域的測井數據一起顯示成一張深度域的地震測井數據融合剖面圖。

圖1 某井合成記錄與地震對比確定深時關系圖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整相位和頻率，并且能選擇某時窗內的反射系數與子波相乘，顯示分布褶積，有點類似電影慢鏡頭的效果

圖1為所編軟件的合成記錄標定圖，先將聲波曲線轉換成速度曲線，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）計算出反射系數曲線，再將反射系數曲線與選擇的雷克子波進行褶積即生成合成記錄曲線，該曲線與井旁地震進行對比吻合比較好的話，這時井的深時關系比較準確。

D1，D2：反射點上下的密度，

V1，V2：反射點上下層的速度，

R：反射點的反射系數

測井生產過程中除了各種曲線外，還有各種重要的取心數據，包括巖心數據，如不同深度的沉積巖石什么類型，另外還有油氣水數據等，這些數據是非常重要的原始數據，對石油、煤炭、地下水或鹽類化工礦產等的勘查有很重要的意義。另外測井解釋的過程中可以產生很多新數據，比如分層數據、地層旋回數據、石油的生儲蓋數據、沉積相數據等等。如果我們對井旁地震進行時頻分析還可產生井位置從上到下的時頻數據，這些數據多是深度域的，但也有時間域的，如時頻分析數據。這些數據融合顯示在一個剖面圖上都需要深時關系來轉換，大量不同性質的數據顯示在一個剖面圖上需要精心組織才行。

筆者所編的軟件將多種數據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井地質數據柱狀顯示圖Table2 Geologic data bar graph of a drilling

3 測井與地質數據的轉換利用

3.1 測井巖性數據的判別分析利用??李昌，南冀山油田利用測井資料識別地層巖性，杭州地質研究所，2006

煤田、水文，石油勘探等測井過程中，常有這樣的情況，一個地區鉆了多口井，其中一口井取了完整的巖性數據，但其他井因故只有測井曲線數據，這時候可以利用已知井的巖性數據和測井曲線，運用數學地質判別分析的方法來得到比較準確的未知井的巖性數據。

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

具體過程：根據有較多取心的關鍵井中已知巖性地層的測井參數，應用數學的方法劃分出具有地質意義的測井相（圖3），再通過與巖心對比建立測井相-巖心數據庫，最后對未取心井進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。

下面對上述方法進行具體步驟說明：

（1）利用方差分析，系統聚類分析和Bayer逐步判別分析等多元統計分析有機結合，實現測井曲線自動分層，如圖4所示，分層的目的是去掉一些隨機因素引起的測量誤差，也為了減少計算量，通過上述步驟選擇對巖心有較大影響力的測井曲線來進行判別分析。

（2）對巖心數據進行分析，尋找標準樣品層，因為巖心數據可能很多，為了排除一些干擾，對一些巖性接近的地層可以進行歸類合并，以巖性出現厚度較大，多次出現等特征來挑選標準樣品層，圖5為對出現的各種巖性進行統計的結果。

圖3 進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 巖性統計柱狀圖Fig 5 Lithological statistic histogram

為了更準確地利用重要的鉆井中的地層巖性，我們還進行了對該井巖性柱中共三十個巖性層的三種（RT，DEN，GR）測井曲線進行了數學統計上聚類分析，劃出了巖石樣品的聚類分析圖，再結合上面述及的巖心中巖性統計結果，以相關系數0.444，將鉆井中的巖性分為五種巖性（圖6）。

（3）建立該測井工作區的判別函數【1】。

（4）利用判別函數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別開來。

有巖心井的數據進行檢驗，看判別分析得出的巖心數據與實際巖心數據有多大的判斷正確率，圖8為某井判別分析對比效果圖（該井本身有巖性數據，對于建立好的判別函數，可以用已知數據）。

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 三維空間測井數據與巖性的點陣圖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，雖然有些層段出現了誤判現象，但總的來說，判別效果還是很不錯的，判別錯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 巖性數據轉換到地層旋回數據【2】

通過上述測井曲線和巖心中的巖性地層判別分析后，可以考慮將巖性數據自動轉換到地層旋回數據，在以往，地層旋回數據，主要根據人們的地質經驗直接在剖面圖中利用旁邊的巖性數據的出露情況判斷是什么旋回性質，用正向三角形或負向三角形來表示正旋回或負旋回等，但是這種方法有很多主觀的因素，而且容易受干擾，由于地層的反復出現具有馬爾科夫鏈性質，也就是某一時代的地層出現只與當時的沉積環境有關，或者說只與該地層的前一地層有關，而與更早以前的沉積地層沒有關系，因此可以考慮將巖性數據利用馬爾科夫鏈分析的原理方法，將巖性數據自動轉換生成地層旋回數據。

馬爾科夫鏈分析地層旋回有很多方法，其中的轉移概率方法，極限概率方法，置換分析、熵分析都能對地層序列進行某種角度的分析。但這些方法在消除隨機因素干擾，突出沉積規律性方面不太強，我們可選擇環流分解法。該方法在沉積作用復雜，旋回類型多樣，巖性狀態比較多時，消除干擾方面有較好的優勢。

在進行環流分析時，必須選擇在物質組成及結構構造方面都有明顯差異的巖性，以有明顯的地質成因意義為原則。圖2中的旋回數據即自動生成的結果。

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據包括曲線（含波阻抗、速度）、合成記錄、反射系數、子波、巖性、地質分層、地層、油氣水、生儲蓋（生油層、儲層、蓋層）、地層旋回、文字解釋等數據，地震數據中可以進行層位拾取等（圖9），這些數據有的是原始數據，有的是測井解釋過程中生成的數據，為了使這些數據有機組成而不亂，我們采用數據樹的方式來組織這些數據，按數據類型來組織成各類數據樹中的節點，并且把原始曲線和生成曲線進行分開。把需要顯示的深（時）數據以深度或時間標尺（或深時混合標尺）來表示。

軟件的主要特色如下：

（1）用數據樹來顯示所有數據，以數據是否被選擇上來表示是否顯示在繪圖區；

（2）對各種測井曲線進行標準化和預處理；

（3）各種數據的查詢、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，確定深時關系；

（5）多井和地震剖面的連井顯示，井數據對比，層位拾取；

（6）多曲線和巖性的組合顯示；

（7）反射系數的分布褶積；

（8）繪圖區鼠標拖動修改道寬，縱向比例尺及道頭高度等；鼠標拖動數據道到空白區不再顯示；

（9）利用判別分析生成巖性數據；

（10）利用巖性數據根據地層的馬爾科夫性質自動生成地層旋回數據；

以下為本軟件的主界面，由于版面的關系，這里只顯示了部分數據在剖面圖上。

利用該軟件，我們選擇了某工區的兩口井的數據，并且利用井間的地震數據進行了實際的應用。

應用過程中，我們先同時把兩口井的深時關系利用合成記錄與井旁地震對比編輯得到，然后結合我們得到的巖性數據以及其它井數據（包括我們編輯解釋生成的數據）將它們顯示在剖面圖中，見圖10，從圖中可以看出，用合成記錄標定得到的深時關系繪制的圖形，明顯反應了測井曲線與地層巖性、地震等的對應關系，兩條紅色的地震層位拾取線反應了礫巖或砂巖層的出露部位，地層旋回也有較好的反應，說明利用旋回分析的方法來自動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 連井地震剖面對比圖Fig 10 Comparision diagram for the multi-well and seismic profile.

5 結論

該軟件在測井與地震綜合顯示以及相關數據轉化方面進行了一些探索，在數據組織方便性，合成記錄編輯靈活性，測井相分析和旋回分析等方面進行了一些有益的嘗試，對煤田，化工，石油等勘探行業確立地下地層模型等方面有較大的意義。由于時間的關系，有些功能還待完善（軟件只有更好沒有最好），筆者認為可以繼續進行以下一些工作：

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

（2）對井所在的地震道，進行時頻分析，進一步克服地震分辨率低的弱點，在時頻分析結果出來后，將其顯示在井數據道中，因高頻對應于薄層集中的地下部位，而低頻段則對應于厚地層分布的地下部位，這樣可以對地層進行更好的判斷。

（3）在每口井的深時關系出來以后，對于井之間的深時關系，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，應研究利用井之間的地震數據進行協克立金插值的方法的可行性，這樣可以由多口井的深時關系插值出井之間有地震控制位置的深時關系。

（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確。

1 長春地質學院數學地質研究室. 多元統計分析方法在地質中的應用[M]. 北京：地質出版社，1983

2 張光前，劉承祚. 環流分解及其在沉積地層旋回分析中的應用[M]. 地質科學，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

丁衛平（1965～），男，地球化學和數學地質專業，高級工程師

2011-11-29；改回日期：2012-05-12