• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      基于聚類和多元地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的電—震聯(lián)合建模約束反演技術(shù)及應(yīng)用

      2021-06-01 12:21:10張祥國徐凱軍
      石油地球物理勘探 2021年3期
      關(guān)鍵詞:變差先驗電阻率

      楊 博 張祥國 劉 展* 徐凱軍

      (①中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島 266580; ②中國石油大慶油田公司勘探事業(yè)部,黑龍江大慶 163453)

      0 引言

      近年來,盡管單一的三維重、磁、電反演,尤其是三維大地電磁(MT)反演技術(shù)正漸趨成熟,但由于單一方法的局限性、觀測數(shù)據(jù)有限且難免存在觀測誤差等原因,使反演的多解性問題較嚴重,增加了地質(zhì)解釋的難度。不同地球物理方法對地下介質(zhì)不同物性參數(shù)的敏感度不同,綜合利用多種地球物理方法,可從不同角度對同一地質(zhì)體進行研究。綜合多種地球物理方法進行反演與解釋,減小多解性,已成為當(dāng)前地球物理反演研究的熱點問題[1-2]。地震資料通常對中、淺層具有較高分辨率,但在某些情況下,單一地震方法所得深層構(gòu)造成像并不清晰,重、磁、電勘探可作為其補充。其中大地電磁方法由于具有不受高阻層屏蔽、橫向分辨能力較強且探測深度大等優(yōu)點,在油氣勘探領(lǐng)域成為地震方法的重要輔助。同時,利用已知的地震、地質(zhì)、測井等資料進行重、磁、電法數(shù)據(jù)約束反演,是提高重、磁、電勘探分辨率的重要途徑。

      不同物性參數(shù)的耦合是聯(lián)合反演的關(guān)鍵,這些物性參數(shù)耦合約束主要分為巖石物理關(guān)系(經(jīng)驗性的或統(tǒng)計性的)約束和結(jié)構(gòu)相似性約束兩大類。結(jié)構(gòu)相似耦合是從幾何關(guān)系上進行約束,一般約束性相對較弱。Gallardo等[3]在進行電—震聯(lián)合反演時利用交叉梯度算子識別結(jié)構(gòu)邊界的相似性,目前交叉梯度算子已成為應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)相似度量方式之一,在多種聯(lián)合反演中得到應(yīng)用。

      基于巖石物理關(guān)系的聯(lián)合反演的物性參數(shù)耦合性強,反演結(jié)果精度高。許多學(xué)者已針對構(gòu)建巖石物理關(guān)系這一問題展開研究。在傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗關(guān)系的巖石物理耦合方法中,先定義模型之間的關(guān)系函數(shù),并將該函數(shù)應(yīng)用于整個區(qū)域,該類方法要求先驗的巖石物理關(guān)系具有較高可靠性。Colombo等[4]建立了密度、電阻率與速度的經(jīng)驗關(guān)系,并通過重、電、震數(shù)據(jù)聯(lián)合反演圈定了隱伏鹽丘; De Stefano等[5]利用Gardner公式[6]建立了地層密度與地震縱波速度的關(guān)系式,開展重力與地震旅行時數(shù)據(jù)聯(lián)合反演,并通過理論模型測試表明聯(lián)合反演能提高成像精度。

      Zhdanov等[7]研究了一種廣義的耦合方式,即基于 Gramian 約束的多種地球物理數(shù)據(jù)聯(lián)合反演,該耦合方式不需先定義模型之間具體的關(guān)系函數(shù)。近年來,人們將模糊C均值聚類(FCM)思想引入聯(lián)合反演,通過聚類思想建立不同巖石物性之間的關(guān)系,該類方法可解決傳統(tǒng)的統(tǒng)計方法難以將多個巖石物理關(guān)系應(yīng)用于特定區(qū)域的問題。Sun等[8-9]提出基于引導(dǎo)FCM技術(shù)的聯(lián)合反演,并將其與巖性分類相結(jié)合,提高了反演過程的穩(wěn)定性及反演結(jié)果的可靠性; Carter-Mcauslan等[10]在重—震聯(lián)合反演目標(biāo)函數(shù)中引入FCM聚類,利用聚類約束實現(xiàn)速度與密度模型的巖性耦合。

      陳曉等[11]提出基于寬范圍巖石物性約束的大地電磁與地震聯(lián)合反演,該類方法可降低由于先驗巖石物理關(guān)系不夠精確帶來的影響。胡祖志等[12]利用已知的測井、地震剖面等先驗信息進行約束建模,并基于井—震約束的MT和重力數(shù)據(jù)實現(xiàn)了人工魚群聯(lián)合反演。相鵬等[13]提出一種變密度—速度關(guān)系的重力與地震同步聯(lián)合反演方法。

      基于巖石物理關(guān)系的聯(lián)合反演的前提是可靠的巖石物理關(guān)系,而可靠的巖石物理關(guān)系一般通過實測巖心、測井曲線等資料獲得,實際應(yīng)用中并不一定能獲得足夠的上述資料。再者,目前建立的巖石物理關(guān)系是一種點對點的映射,這與實際的空間對空間的巖石物性關(guān)系是不相符的。

      地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)中的變差函數(shù)能定量表征地質(zhì)模型空間特征,反映物性值縱、橫向變化規(guī)律。若尚未知曉地下地質(zhì)體精確的物性統(tǒng)計特征,則可間接從地震信息、試井解釋、地質(zhì)推理與解釋等獲取變差函數(shù)。

      本文在Yang等[14]研究的基礎(chǔ)上,提出一種基于聚類和多元地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的電—震聯(lián)合建模約束反演方法: 首先根據(jù)地震反演得到的速度模型、無約束MT反演得到的電阻率模型和已知鉆井信息建立初始電阻率模型; 再利用多元地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的交叉—變差函數(shù)建立速度與電阻率之間的巖石物理關(guān)系; 同時利用機器學(xué)習(xí)中的引導(dǎo)FCM算法進行基于巖石物理關(guān)系的多重約束反演,實現(xiàn)電—震聯(lián)合建模; 將描述地質(zhì)模型特征表征為定量化數(shù)據(jù),并與地球物理數(shù)據(jù)相結(jié)合,得到既能擬合地球物理數(shù)據(jù),又符合地質(zhì)模型特征的最優(yōu)解。 將本文方法應(yīng)用于大楊樹盆地南部坳陷實際數(shù)據(jù),取得了令人滿意的處理效果及最終綜合解釋成果。

      1 電—震聯(lián)合建模約束反演方法

      1.1 技術(shù)流程

      各種反演方法都存在多解性,對反演結(jié)果直接進行地質(zhì)解釋會產(chǎn)生較大誤差。解決該問題的常用方法是綜合利用各種已知信息進行反演和解釋,以提高可靠性。本文提出采取基于機器學(xué)習(xí)和多元地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的聯(lián)合建模約束反演方法,分四個部分:

      (1)對由疊前深度偏移(PSDM)數(shù)據(jù)反演得到速度模型降維,得到大地電磁尺度的速度模型,并對其進行聚類分析;

      (2)利用根據(jù)已知電阻率測井?dāng)?shù)據(jù)和無約束MT反演得到的電阻率模型(無測井?dāng)?shù)據(jù)時)統(tǒng)計的平均電阻率值對聚類后的速度模型賦值,得到新的MT反演初始模型,更新模型的協(xié)方差模型,引入地震結(jié)構(gòu)約束[15];

      (3)以測井?dāng)?shù)據(jù)和MT反演結(jié)果建立反映空間統(tǒng)計巖石物理關(guān)系的交叉—變差函數(shù)(垂向交叉—變差函數(shù)由測井?dāng)?shù)據(jù)求得,由反演結(jié)果求得垂向與主方向和次方向交叉—變差函數(shù)的比例關(guān)系,進而確定先驗交叉—變差函數(shù)[16]);

      (4)將交叉—變差函數(shù)整合到傳統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)中,并利用模糊約束反演(FCI)[17]進行基于巖石物理關(guān)系的多重約束反演[14]。

      上述具體技術(shù)流程如圖1,易見基于巖石物理關(guān)系的多重約束MT反演是其中關(guān)鍵。

      1.2 基于巖石物理關(guān)系的多重約束MT反演

      Kelbert等[18]提出了基于協(xié)方差矩陣的MT反演目標(biāo)函數(shù)

      (1)

      式中:m是模型參數(shù);d是實測MT數(shù)據(jù);Cd是數(shù)據(jù)誤差的協(xié)方差;f(m)是正演的MT數(shù)據(jù);m0是初始模型;β是拉格朗日算子(正則化參數(shù));Cm是模型協(xié)方差,也稱為平滑算子,表征反演期間模型元素之間的平滑度。從理論上講,Cm的每個元素都可針對m中的所有成對元素進行獨立配置,從而可對相鄰單元之間的平滑度進行相當(dāng)大的微調(diào)。為了降低反演的多解性,擬采用綜合不同地球物理數(shù)據(jù)的聯(lián)合反演方法。對于基于巖石物理關(guān)系的聯(lián)合反演而言,構(gòu)建合理的巖石物理關(guān)系是關(guān)鍵。本文將多元地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)中的交叉—變差函數(shù)整合到MT反演的目標(biāo)函數(shù)中,以表征速度與電阻率之間關(guān)系。

      圖1 本文電—震聯(lián)合建模約束反演技術(shù)流程

      1.2.1 交叉—變差函數(shù)求取技術(shù)

      上已述及,地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)中變差函數(shù)可定量表征地質(zhì)模型空間特征,反映物性值縱、橫向變化規(guī)律。 同時,變差函數(shù)也是地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)中最基本和最重要的模擬工具,用于描述數(shù)據(jù)值的空間互相關(guān)性,即數(shù)據(jù)點在空間上相距越遠,相關(guān)性越小。其數(shù)值可表示為區(qū)域化變量Z(x)在x和x+h兩點之差的方差的一半,此處h表示滯后距,或稱距離、間隔、步長。變差函數(shù)與數(shù)據(jù)點位置無關(guān),只依賴于h。

      此處電阻率ρ被h分割為相隔h的點xi與xi+h上的N(h)對電阻率{ρ(xi),ρ(xi+h)}(i=1,2,…,N(h)),可根據(jù)下式計算其實驗變差函數(shù)

      (2)

      式中:i為樣本序號;N(h)為數(shù)據(jù)對{ρ(xi),ρ(xi+h)}的個數(shù),記為點對數(shù)。

      以h為橫坐標(biāo)、γ(h)為縱坐標(biāo)作出圖2所示的變差圖。

      γ(h)可用四個參數(shù)來描述[19],即變差函數(shù)類型(如高斯模型、球狀模型、指數(shù)模型)、變程a(表示超過該距離后,數(shù)據(jù)點之間就不再有明顯相關(guān)性,也稱作影響距離)、塊金值C0(表示相距很近兩點的樣品變化)和基臺值C0+C(反映變量的變化幅度)。

      每對區(qū)域化變量Z1(x)和Z2(x)間的相關(guān)范圍與方向差異問題定義為交叉—變差函數(shù)。針對實際情形,同一地質(zhì)體可通過不同物性參數(shù)表征,如速度v和電阻率ρ,其交叉—變差函數(shù)可表示

      圖2 變差函數(shù)示意圖

      [v(xi)-v(xi+h)]

      (3)

      1.2.2 基于巖石物理關(guān)系的約束技術(shù)

      將多元地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)中的交叉—變差函數(shù)整合到式(1),以表征速度與電阻率之間的關(guān)系。交叉—變差函數(shù)項為

      (4)

      (5)

      基于巖石物理關(guān)系的約束技術(shù)使得MT反演結(jié)果不僅可擬合觀測MT數(shù)據(jù),同時滿足先驗的電阻率—速度關(guān)系。

      1.2.3 模糊約束技術(shù)

      許多學(xué)者已將FCM聚類技術(shù)集成到確定性反演框架中,以進一步約束地球物理反演[8-10,17,20-21]。

      為使反演得到的物性值聚類為已知的巖石物性值,Sun等[8-9]提出引導(dǎo)FCM技術(shù)

      (6)

      式中:M是待聚類數(shù)據(jù)的數(shù)量;c是聚類中心的數(shù)量;mk是第k個數(shù)據(jù);μki是隸屬度值,用于度量第k個數(shù)據(jù)屬于第i個聚類的程度;q是模糊化參數(shù);ui是通過FCM算法自動更新的第i個聚類中心;vi是根據(jù)巖石樣本測量確定的先驗物性值。

      該策略的一個優(yōu)勢是不會損害FCM算法的良好收斂性,同時還能根據(jù)先驗的巖石物理信息將搜索聚類中心引導(dǎo)到所需位置。

      對式(6)分別對聚類中心ui和隸屬度μki求微分,并使其等于零,得到更新后的對應(yīng)值

      (7)

      (8)

      本文所使用FCI技術(shù)的基本思想是在反演的每一次迭代過程中利用引導(dǎo)FCM技術(shù)引入已知的電阻率信息來約束模型參數(shù)。

      FCI技術(shù)的額外輸入是聚類中心的數(shù)量和聚類中心的值(比如每種巖性的電阻率平均值)。

      (9)

      通過這種方式實施反演,一起迭代、優(yōu)化了三個參數(shù),即模型m、聚類中心u和隸屬度μ。

      基于引導(dǎo)FCM分析技術(shù)的FCI技術(shù)使反演過程中實現(xiàn)反演與地質(zhì)分類的互相改進,得到的電阻率模型不僅可擬合觀測到的MT數(shù)據(jù),同時更接近真實電阻率值,且更利于地質(zhì)解釋。

      2 應(yīng)用效果分析

      為了驗證本文方法的實際應(yīng)用效果,選取大楊樹盆地南部坳陷實測數(shù)據(jù)進行實驗。

      大楊樹盆地主要目的層由火山巖、火山碎屑巖和沉積巖組成。由于該區(qū)火山巖覆蓋程度較高,使之對于地震波具有低通效應(yīng)且對反射能量屏蔽、吸收衰減嚴重,導(dǎo)致九峰山組地震資料品質(zhì)差,無法開展有效的沉積巖預(yù)測和構(gòu)造解釋[22-24]。通常從MT數(shù)據(jù)可獲取深層結(jié)構(gòu),但其分辨率不及地震數(shù)據(jù)。 因此,為了獲得更可靠的地下結(jié)構(gòu),實施了電—震聯(lián)合建模約束反演。

      研究區(qū)是一北東向傾斜的面積為13km×10km的長方形區(qū)域(圖3),測網(wǎng)密度為0.50km×0.25km,布設(shè)26條測線,共計858個測點,每個測點MT數(shù)據(jù)頻點數(shù)不少于38。MT40線與地震S3線一致并穿過鉆孔,故此次選取40線為例進行分析。

      圖3 研究區(qū)MT測點、地震測線及鉆井位置 黑點/黑字分別表示MT測點位置/線號,粉字表示測點號; 藍 線/藍字分別表示地震測線/線號; 紅點/紅字分別表示井位/井名

      2.1 無地震約束2D MT反演

      首先對40線做1D MT blocky反演,然后針對其中MT13測點的反演結(jié)果(圖4)與實測視電阻率及阻抗相位數(shù)據(jù)進行正演擬合(圖5),效果很好。

      以1D反演結(jié)果作為初始模型,進行了無地震數(shù)據(jù)約束的2D MT反演,獲得的40線電阻率剖面如圖6a所示; 根據(jù)MT反演的電阻率數(shù)值的大小與高低變化進行地層解釋,并依托S3地震數(shù)據(jù)進行斷裂識別和描述(圖6b)??梢娫摲椒ǚ囱莸囊曤娮杪?圖7)及阻抗相位(圖8)數(shù)據(jù)的正演響應(yīng)很好地擬合了對應(yīng)的實測數(shù)據(jù)。

      由圖6可知,甘河組(K1g)電阻率值相對較高,這主要是由于該層大面積發(fā)育玄武巖等火山巖;九峰山組(K1j)是低阻,因為該層主要發(fā)育砂泥巖;龍江組(K1l)為電阻率較高,主要發(fā)育碎屑巖和酸性熔巖;基底為最高阻。反演的電阻率模型與已知的信息有較好一致性。通過鉆井標(biāo)定可看出,該電性異常剖面對目標(biāo)層九峰山組頂、底界面有所反映,但對九峰山組內(nèi)細節(jié)刻畫欠清晰。

      圖4 MT13測點1D MT blocky反演結(jié)果

      圖5 MT13測點1D MT blocky反演結(jié)果的正演擬合圖 (a)視電阻率; (b)阻抗相位

      圖6 MT40線無約束MT反演電阻率 剖面(a)及其解釋剖面(b)

      圖7 MT40線實測與無約束MT反演擬合視電阻率對比 測點位置如圖3

      圖8 MT40線實測與無約束MT反演擬合阻抗相位對比 測點位置如圖3

      2.2 電—震聯(lián)合建模約束反演

      為了更精細地描述目的層九峰山組地層細節(jié),在無地震約束MT反演結(jié)果的基礎(chǔ)上進行電—震聯(lián)合建模約束反演。在應(yīng)用聚類方法之前,應(yīng)預(yù)知聚類中心的數(shù)量和聚類中心值。 經(jīng)綜合整理分析工區(qū)測井?dāng)?shù)據(jù)、巖心露頭及1D MT blocky反演結(jié)果,得到如表1所示的每個地層的電阻率及速度。據(jù)此確定聚類中心數(shù)為7,速度、電阻率的聚類中心值分別為[4215,4325,4405,4645,4830,5000,6000](m/s)、[25,50,62,93,182,345,1260](Ω·m),以此作為聚類先驗信息,優(yōu)化反演結(jié)果。

      表1 各地層的速度及電阻率統(tǒng)計平均值

      2.2.1 構(gòu)建先驗電阻率模型

      先驗電阻率模型的構(gòu)建是MT反演的重要部分。本文從地震數(shù)據(jù)體提取與地電結(jié)構(gòu)相關(guān)的關(guān)鍵地震層構(gòu)建先驗?zāi)P偷牡仉娍蚣?,作為MT反演的輸入。 以40線為例,構(gòu)建先驗電阻率模型的步驟如下:

      (1)利用測井信息進行標(biāo)定,綜合PSDM數(shù)據(jù)與無約束MT反演得到的電阻率模型(圖9a)進行綜合解釋,得到關(guān)鍵層位解釋結(jié)果(圖9b);

      (2)基于層位解釋結(jié)果進行地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演,得到速度模型(圖9c);

      (3)對速度模型進行聚類分析(圖9d);

      (4)利用無約束MT反演得到的電阻率模型的平均電阻率值對聚類后的速度模型賦值,得到新一輪MT反演初始模型(圖9e)。

      所得的先驗電阻率模型不僅反映了相應(yīng)的地震構(gòu)造形態(tài),同時保持合理的電阻率分布。

      2.2.2 基于巖石物理關(guān)系的多重約束MT反演

      利用測井?dāng)?shù)據(jù)與40線速度和電阻率剖面建立交叉—變差函數(shù),進行基于巖石物理關(guān)系多重約束反演,得到電阻率數(shù)據(jù)(圖10a),然后對其進行定量解釋(圖10b)。圖11和圖12分別表明基于巖石物理關(guān)系的多重約束MT反演的視電阻率及阻抗相位數(shù)據(jù)的正演響應(yīng)很好地擬合了相應(yīng)實測數(shù)據(jù)。

      圖9 基于聚類分析的先驗電阻率模型構(gòu)建流程示意 (a)無約束MT反演的電阻率模型; (b)PSDM圖像及 綜合解釋得到關(guān)鍵層位; (c)MT尺度的速度模型; (d)聚類后速度模型; (e)生成的先驗電阻率模型

      本文反演策略與無約束反演結(jié)果(圖6a)的對比表明: ①本文反演方法所得電阻率剖面成層性更好,且與主要地震構(gòu)造形態(tài)一致,特別是對目的層九峰山組的劃分更精細、清晰; ②先驗電阻率數(shù)據(jù)表明甘河組(普遍呈電阻率較高值)廣泛分布火山巖,多重約束反演結(jié)果與該物性特征一致; ③龍江組下部電阻率值應(yīng)大于其上部電阻率值,與實際情況相吻合。

      圖13顯示電—震聯(lián)合建模約束反演所得交叉—變差函數(shù)與先驗交叉—變差函數(shù)相一致(圖13a)。

      圖10 本文反演策略所得40線電阻率 剖面(a)及其解釋剖面(b)

      圖11 MT40線實測與約束MT反演擬合視電阻率對比 所選測點位置如圖3所示

      圖12 MT40線實測與約束MT反演擬合阻抗相位對比圖 測點位置如圖3

      圖13b顯示了電—震聯(lián)合建模約束反演結(jié)果與電阻率測井?dāng)?shù)據(jù)趨勢一致。證實了反演結(jié)果的可靠性。

      圖13 約束反演結(jié)果與先驗信息對比 (a)交叉—變差函數(shù); (b)W1測井曲線

      3 結(jié)論

      單一地球物理勘探方法不可避免地具有片面性和局限性。為了提高對目標(biāo)地質(zhì)體的識別能力,利用聚類和多元地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法進行MT與地震數(shù)據(jù)聯(lián)合建模反演,實現(xiàn)從無約束MT反演方法到基于巖石物理關(guān)系多重約束反演的流程。由于通過構(gòu)建先驗電阻率模型而引入地震結(jié)構(gòu)約束、以交叉—變差函數(shù)引入先驗電阻率與速度關(guān)系約束、用FCI技術(shù)引入先驗電阻率信息并結(jié)合地質(zhì)分類,所以多重約束反演得到的電阻率模型更符合先驗信息且更利于地質(zhì)解釋。實際數(shù)據(jù)的應(yīng)用結(jié)果證實了將多種地球物理方法整合到地球物理勘探中的必要性。

      猜你喜歡
      變差先驗電阻率
      獻血后身體會變差?別信!
      中老年保健(2022年3期)2022-08-24 03:00:12
      具非定常數(shù)初值的全變差方程解的漸近性
      帶變量核奇異積分算子的ρ-變差
      基于無噪圖像塊先驗的MRI低秩分解去噪算法研究
      基于自適應(yīng)塊組割先驗的噪聲圖像超分辨率重建
      三維電阻率成像與高聚物注漿在水閘加固中的應(yīng)用
      基于平滑先驗法的被動聲信號趨勢項消除
      隨鉆電阻率測井的固定探測深度合成方法
      先驗的廢話與功能的進路
      關(guān)于均值有界變差函數(shù)的重要不等式
      通化市| 南安市| 黄浦区| 岳池县| 南华县| 合水县| 铁力市| 蛟河市| 舒兰市| 青州市| 红河县| 阿城市| 那曲县| 如皋市| 白河县| 唐河县| 雷波县| 襄汾县| 平湖市| 铜梁县| 千阳县| 澜沧| 万年县| 湛江市| 晋宁县| 天水市| 沧源| 泉州市| 昆明市| 报价| 冀州市| 曲阳县| 贡山| 调兵山市| 扶余县| 佛教| 河津市| 时尚| 黄陵县| 镇沅| 三台县|