地球物理勘探中灰色理論的應(yīng)用淺析

【摘 要】灰色理論把系統(tǒng)分為黑、灰、白三大類.白色系統(tǒng)為信息完全明確的系統(tǒng)，即其中的主要信息是確知的系統(tǒng)，而黑色系統(tǒng)與白色系統(tǒng)正好相反，系統(tǒng)內(nèi)部的信息我們毫無所知或基本不知.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(jià)、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(shí)現(xiàn)方法

在現(xiàn)實(shí)生活中，大多數(shù)系統(tǒng)都是介于黑色與白色系統(tǒng)之間，如鄧聚龍所說：“系統(tǒng)中既含有已知信息又含有未知信息，稱為灰色系統(tǒng)”.地球物理勘探和開發(fā)領(lǐng)域所涉及到的地震數(shù)據(jù)、測井資料、巖石物理資料等都屬于灰色系統(tǒng)，既有通過儀器測量、實(shí)驗(yàn)室物理模擬等確定的已知信息，也有無法定性或定量把握的未知情況.在地球物理勘探開發(fā)領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用著以因素相互影響為基礎(chǔ)的關(guān)聯(lián)度分析法，基于白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類和灰色預(yù)測法，以及建立數(shù)學(xué)微分方程模型的灰色建模法等幾種灰色理論的基本方法。

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(xiàng)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(shí)質(zhì)上是將聚類對象歸納成若干個(gè)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(jià)，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.灰色理論在地球物理勘探開發(fā)中的應(yīng)用

灰色理論在地球物理勘探開發(fā)中的應(yīng)用實(shí)例和理論研究都很多，主要集中在地震解釋、儲(chǔ)層評價(jià)和測井解釋三個(gè)方面。

2.1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(diǎn).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(gè)測井評價(jià)參數(shù)范圍，然后采用這些測井地質(zhì)評價(jià)參數(shù)與巖心錄井剖面進(jìn)行詳細(xì)對比，統(tǒng)計(jì)確定出地質(zhì)評價(jià)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(diǎn)就是使測井資料得到了充分的利用，同時(shí)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(gè)特點(diǎn)。

2.2儲(chǔ)層評價(jià)

儲(chǔ)層評價(jià)所涉及的內(nèi)容很多，應(yīng)用范圍也相當(dāng)廣泛，但目前儲(chǔ)層評價(jià)還沒有一套公認(rèn)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和工作規(guī)范，各家的評價(jià)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(jì)規(guī)律，實(shí)際計(jì)算是很困難的.灰色理論在儲(chǔ)層評價(jià)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(chǔ)層的各評價(jià)參數(shù)特征值，利用灰色理論的基本方法去白化儲(chǔ)層系統(tǒng)發(fā)展的態(tài)勢，確定評價(jià)指標(biāo)和實(shí)際數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)度，據(jù)此定量描述儲(chǔ)層的特征，具有數(shù)據(jù)量小、模型簡單等優(yōu)點(diǎn)，很好地滿足了實(shí)際生產(chǎn)的需要.另外，灰色理論是一個(gè)動(dòng)態(tài)的預(yù)測過程，對于油氣井的儲(chǔ)量、儲(chǔ)層產(chǎn)能等這樣每時(shí)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(chǔ)層儲(chǔ)量長期的情況，而且還能進(jìn)行時(shí)時(shí)的監(jiān)控預(yù)測。

2.3測井解釋

目前，灰色理論在測井解釋方面的應(yīng)用也大多集中于此.此外，在解釋水淹層、預(yù)測儲(chǔ)層剩余飽和度以及對測井信號(hào)進(jìn)行濾波等方面也有成功的應(yīng)用實(shí)例.國內(nèi)外用于測井解釋的技術(shù)方法很多，如相關(guān)對比法、模式識(shí)別技術(shù)、波形樹匹配及人工智能技術(shù)等.灰色理論方法與這些方法相比其最大的優(yōu)勢在于，它將測井解釋看成一個(gè)灰色系統(tǒng)，無需了解大量的先驗(yàn)信息，比其它方法更加符合地下實(shí)際情況，所需計(jì)算量也相對較小.實(shí)踐證明，灰色理論用于測井解釋不僅可行，而且已經(jīng)取得了很好的應(yīng)用效果。

3.灰色理論的發(fā)展方向

目前，灰色理論已形成一個(gè)完整的理論體系.其應(yīng)用領(lǐng)域已滲透到社會(huì)科學(xué)、自然科學(xué)的多門學(xué)科.近年來在地球物理勘探開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展尤為迅速，然而任何理論總有其不夠完善的地方，灰色理論也不例外.因此灰色理論還將在地球物理勘探開發(fā)的實(shí)踐中不斷的完善和發(fā)展，今后灰色理論的發(fā)展方向和研究重點(diǎn)大體有以下幾個(gè)方面：

3.1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(jì)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(shí)，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(gè)方面，對最終的預(yù)測結(jié)果和精度的影響很大。

3.2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(jià)和測井解釋三個(gè)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(shí)際問題的能力還不足，且灰色理論在儲(chǔ)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(xiǎn).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。

3.3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(shí)例，但應(yīng)用的范圍和深度都還遠(yuǎn)不能滿足實(shí)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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