本發(fā)明涉及一種基于重磁電震三維聯(lián)合反演下的地質(zhì)綜合識(shí)別方法及裝置，屬于油氣勘探綜合地球物理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

重磁電震聯(lián)合反演是在物性和代表性地質(zhì)地球物理模型為研究基礎(chǔ)，利用地震和地質(zhì)等信息約束，發(fā)揮三維反演和綜合地球物理在提高反演精度并減少多解性方面的優(yōu)勢(shì)；在聯(lián)合反演過(guò)程中引入多種先驗(yàn)信息的綜合及約束條件，發(fā)揮綜合地球物理的互補(bǔ)作用，提高深層反演能力，減少多解性；以統(tǒng)計(jì)和聚類分析等方法的綜合評(píng)價(jià)推進(jìn)地質(zhì)地球物理綜合解釋的定量方法研究。

在以往的地質(zhì)地球物理解釋中，都是將地震解釋或測(cè)井得到的地層信息層對(duì)應(yīng)到反演結(jié)果上，而且是在一條條剖面上作解釋，研究人員從聯(lián)合反演結(jié)果中只能得到定性的地質(zhì)地球物理認(rèn)識(shí)，而且這種認(rèn)識(shí)往往與研究人員本身的知識(shí)結(jié)構(gòu)和知識(shí)背景密切相關(guān)，因此這種認(rèn)識(shí)結(jié)果具有很強(qiáng)的人為性和不確定性。此外如果剖面過(guò)多的話需要耗費(fèi)大量的人力和物力，造成人力和物力的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于重磁電震三維聯(lián)合反演下的地質(zhì)綜合識(shí)別方法及裝置，以解決目前采用地震解釋或測(cè)井得到的地層信息層對(duì)應(yīng)到反演結(jié)果上導(dǎo)致對(duì)地質(zhì)的識(shí)別存在很強(qiáng)的人為性和不確定性。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題提供了一種基于重磁電震三維聯(lián)合反演下的地質(zhì)綜合識(shí)別方法，該識(shí)別方法包括以下步驟：

1)獲取重磁電震聯(lián)合反演結(jié)果和研究區(qū)物性統(tǒng)計(jì)；

2)對(duì)重磁電震聯(lián)合反演結(jié)果進(jìn)行聚類分析，得到相應(yīng)的聚類結(jié)果；

3)根據(jù)研究區(qū)的物性統(tǒng)計(jì)將聚類結(jié)果中的不同類劃分到不同的地層，進(jìn)行聚類均值統(tǒng)計(jì)，以得到重磁電震聯(lián)合反演的地質(zhì)綜合解釋結(jié)果，并進(jìn)行不同目的層的劃分。

所述步驟2)中的聚類分析采用的是模糊聚類算法。

步驟2)中采用的模糊聚類算法是利用MATLAB軟件中的fcm函數(shù)，即模糊聚類分析函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

步驟3)是利用聚類結(jié)果中的數(shù)據(jù)，結(jié)合物性統(tǒng)計(jì)中的數(shù)據(jù)將不同類劃分到不同的地層中，并算出不同類數(shù)據(jù)的均值，做成相應(yīng)的物性統(tǒng)計(jì)表，以得到地層的定量解釋。

本發(fā)明還提供了一種基于重磁電震三維聯(lián)合反演下的地質(zhì)綜合識(shí)別裝置，該識(shí)別裝置包括數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)解釋模塊，

所述的數(shù)據(jù)獲取模塊用于獲取重磁電震聯(lián)合反演結(jié)果和研究區(qū)物性資料；

所述的數(shù)據(jù)分析模塊用于對(duì)重磁電震聯(lián)合反演結(jié)果進(jìn)行聚類分析，以得到相應(yīng)的分類結(jié)果；

所述的數(shù)據(jù)解釋模塊用于根據(jù)研究區(qū)的物性統(tǒng)計(jì)將聚類結(jié)果中的不同類劃分到不同的地層，進(jìn)行聚類均值統(tǒng)計(jì)，以得到重磁電震聯(lián)合反演的地質(zhì)綜合解釋結(jié)果。

所述數(shù)據(jù)分析模塊采用模糊聚類算法對(duì)重磁電震聯(lián)合反演結(jié)果進(jìn)行聚類分析。

所述數(shù)據(jù)分析模塊利用MATLAB軟件中的fcm函數(shù)，即模糊聚類分析函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

所述數(shù)據(jù)解釋模塊是利用聚類結(jié)果中的數(shù)據(jù)，結(jié)合物性統(tǒng)計(jì)中的數(shù)據(jù)將不同類劃分到不同的地層中，并算出不同類數(shù)據(jù)的均值，做成相應(yīng)的物性統(tǒng)計(jì)表，以得到得到地層的定量解釋。

本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明首先獲取重磁電震聯(lián)合反演結(jié)果和研究區(qū)物性統(tǒng)計(jì)；然后對(duì)重磁電震聯(lián)合反演結(jié)果進(jìn)行聚類分析，得到相應(yīng)的聚類結(jié)果；最后根據(jù)研究區(qū)的物性統(tǒng)計(jì)將聚類結(jié)果中的不同類劃分到不同的地層，進(jìn)行聚類均值統(tǒng)計(jì)，以得到重磁電震聯(lián)合反演的地質(zhì)綜合解釋結(jié)果。通過(guò)上述過(guò)程，本發(fā)明克服了人為因素的影響，利用有限的地質(zhì)和地震約束條件，得到可靠的解釋模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維反演結(jié)果的客觀和整體評(píng)價(jià)，特別是對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件具有很強(qiáng)的適用性。尤其是在解釋工作量大的情況下，使用該方法可以大大減少工作量。該方法快速、高效、經(jīng)濟(jì)，具有廣闊的市場(chǎng)前景和良好的推廣使用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中伊寧凹陷物性反演結(jié)果三維聚類結(jié)果圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中伊寧凹陷聚類值分布規(guī)律圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中伊寧凹陷2012-cemp-91線聚類結(jié)果與對(duì)應(yīng)測(cè)井信息示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中伊寧凹陷2012-cemp-91線聚類分析結(jié)果示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中2012-CEMP-91線重磁電震聯(lián)合反演斷面圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例中伊寧凹陷二疊系上統(tǒng)頂界面埋深圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明的基于重磁電震三維聯(lián)合反演下的地質(zhì)綜合識(shí)別方法的實(shí)施例

本發(fā)明在三維地球物理聯(lián)合反演的基礎(chǔ)上，利用模糊聚類分析可以定量劃分屬性的特點(diǎn)，從反演結(jié)果的物性分布出發(fā)，將我們需要的目標(biāo)地層清晰地劃分出來(lái)，并且與已知的先驗(yàn)信息具有很好的吻合。

1.獲取重磁電震聯(lián)合反演結(jié)果和研究區(qū)物性統(tǒng)計(jì)。

從重磁電震聯(lián)合反演模型耦合機(jī)制出發(fā)，得到重磁電震聯(lián)合反演結(jié)果；物性統(tǒng)計(jì)是指研究區(qū)的已有的地質(zhì)地震約束條件。

本實(shí)施例以伊寧凹陷為研究區(qū)進(jìn)行說(shuō)明，該研究區(qū)的物性統(tǒng)計(jì)表如表1所示。

表1

2.對(duì)重磁電震聯(lián)合反演結(jié)果進(jìn)行聚類分析，以得到相應(yīng)的聚類結(jié)果。

聚類就是按照一定的要求和規(guī)律對(duì)事物進(jìn)行區(qū)分和分類的過(guò)程，將數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合分成若干或簇，使得每個(gè)簇中的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間最大程度地相似，而不同簇中的數(shù)據(jù)點(diǎn)最大程度地不同。增強(qiáng)數(shù)據(jù)集的可理解性，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)之間有效的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和聯(lián)系，在這一過(guò)程中沒(méi)有任何關(guān)于分類的先驗(yàn)知識(shí)，沒(méi)有教師指導(dǎo)，僅靠事物間的相似性作為類屬劃分的準(zhǔn)則，因此屬于無(wú)監(jiān)督分類的范疇。聚類分析是用數(shù)學(xué)方法研究和處理所給定對(duì)象的分類。人類要認(rèn)識(shí)世界就必須區(qū)別不同的事物并認(rèn)識(shí)事物間的相似性。聚類分析是多元統(tǒng)計(jì)分析的方法之一，也是統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別中非監(jiān)督模式識(shí)別的一個(gè)重要分支。傳統(tǒng)的聚類分析是一種硬劃分，它把每個(gè)待辨識(shí)的對(duì)象嚴(yán)格地劃分到某個(gè)類中，具有非此即彼的性質(zhì)，這種類別劃分的界限是分明的。而實(shí)際上大多數(shù)對(duì)象并沒(méi)有嚴(yán)格的屬性，它們?cè)谛詰B(tài)和類屬方面存在著模糊性，適合進(jìn)行軟化分。模糊理論為軟化分提供了有力的分析工具，通過(guò)模糊的方法來(lái)處理聚類問(wèn)題稱之為模糊聚類分析，它是聚類分析與模糊理論相結(jié)合的產(chǎn)物。

本發(fā)明在實(shí)施中所用到的樣本集是指所要分析的重磁電震三維聯(lián)合反演后所獲的密度、電阻率和磁化強(qiáng)度分別做歸一化處理后的數(shù)據(jù)。模糊聚類首先得到的是不同類的數(shù)據(jù)體，再對(duì)這些不同類別的數(shù)據(jù)體做統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，例如統(tǒng)計(jì)不同類別之間的均值、方差，再結(jié)合地質(zhì)、地震、測(cè)井等約束信息，將不同類劃分相應(yīng)的層位，最后得到帶有地質(zhì)信息的層位。

本發(fā)明采用模糊聚類算法對(duì)重磁電震三維聯(lián)合反演結(jié)果進(jìn)行分類，首先初始化構(gòu)建一個(gè)初步的劃分，將數(shù)據(jù)劃分為K個(gè)模糊組，構(gòu)建一個(gè)隸屬度矩陣U，通過(guò)隸屬度矩陣求解每個(gè)模糊組的中心點(diǎn)，根據(jù)計(jì)算出的中心點(diǎn)來(lái)獲取當(dāng)前劃分的目標(biāo)函數(shù)值，將當(dāng)前獲得的目標(biāo)函數(shù)與上一次獲得的目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行比較，如果滿足截止條件則終止算法，否則更新隸屬度矩陣U，重復(fù)以上步驟，具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下。

設(shè)待分類的樣本集為X＝{X₁，X₂，…...X_n}其中，X是一個(gè)n×q的矩陣，n是樣本集合中的元素個(gè)數(shù)(本實(shí)例中這里n為3，即3種物性)，X1、X2和X3分別為電阻率、密度和磁化率分別做各自歸一化后的數(shù)據(jù)，q是特征空間維數(shù)，代表X1向量的長(zhǎng)度。如果要將樣本集X劃分為c個(gè)類別，即，c個(gè)所要?jiǎng)澐值牡貙訑?shù)，那么n個(gè)樣本分別屬于c個(gè)類別的隸屬度矩陣記為U＝[u_ik]_c×n(模糊劃分矩陣)：其中u_ik(1ic，1k n)表示第k個(gè)樣本X_k屬于第i個(gè)類別的隸屬度，u_ik應(yīng)滿足以下兩個(gè)約束條件：

0≤u_ik≤1,1≤i≤c,1≤k≤n (1)

Bezdek定義了模糊c均值聚類算法的一般描述：

其中，m稱為模糊加權(quán)指數(shù)，是根據(jù)適合地球物理數(shù)據(jù)的模糊權(quán)重值，一般為2，又稱為平滑闡述參數(shù)，控制分類矩陣U的模糊程度；U是模糊聚類算法中間過(guò)程中產(chǎn)生的模糊度矩陣，是為下一步劃分不同類別做準(zhǔn)備的；P是模糊聚類算法中不同類的中心，在模糊聚類算法中，就某一個(gè)聚類中心而言，劃分到其中的元素距離聚類中心最近，這個(gè)聚類中心也是隨著模糊聚類的迭代而不斷變化的。盡管從數(shù)學(xué)角度看，m的出現(xiàn)不自然，但如果不對(duì)隸屬度加權(quán)，從硬聚類目標(biāo)函數(shù)到模糊聚類的目標(biāo)函數(shù)的推廣將是無(wú)效的。在上述目標(biāo)函數(shù)中，樣本X_k與第i類的聚類原型之間的距離度量的一般表達(dá)式定義為：

(d_ik)²＝X_k-P_im＝(X_k-P_i)^TM(X_k-P_i) (3)

其中，M為q×q階的對(duì)稱正定矩陣。聚類的準(zhǔn)則為取J_m(U,P)的極小值min{J_m(U,P)}，P＝(p₁,p₂,…,p_c)為q×c矩陣，表示聚類中心矩陣，p_i(i＝1,2,…,c)∈R^q為第i類的聚類中心。模糊聚類算法就是一個(gè)使目標(biāo)函數(shù)J_m(X,U,P)最小化的迭代求解過(guò)程。

由于矩陣U中各列都是獨(dú)立的，因此：

上式極值在約束條件下，可用拉格朗日乘數(shù)法來(lái)求解：

對(duì)于定義集合I_k和為：

可以推出使得J_m(U,P)為最小的μ^ik及獲得J_m(U,P)為最小值時(shí)pⁱ的值：

以及當(dāng)I_k≠Φ

若數(shù)據(jù)集X、聚類類別數(shù)c和模糊權(quán)重值m已知，就能由min{J_m(U,P)}采用迭代算法來(lái)求解最佳模糊分類矩陣U和聚類中心P。

現(xiàn)舉例說(shuō)明如下：

下表2是三維聯(lián)合反演后結(jié)果的部分?jǐn)?shù)據(jù)，a、b、c列分別是x、y、z方向，d、e、f分別是電阻率、密度和磁化率的物性值。將d、e、f三列分別做歸一化處理(歸一化到0.1和1之間)：

表2

模糊聚類分析的樣本集就是如下表3中這三列所組成的矩陣。

表3

模糊聚類的結(jié)果如表4所示(如圖4表現(xiàn)的樣式)，a、b、c三列是x、y、z方向，d列是模糊聚類給每個(gè)類別的標(biāo)號(hào)。對(duì)每個(gè)類別的數(shù)據(jù)體做統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，結(jié)合地質(zhì)信息，可以推斷每個(gè)類別對(duì)應(yīng)的地層。表5里面的標(biāo)號(hào)即為這里的d列。

表4

3.根據(jù)研究區(qū)的物性統(tǒng)計(jì)將聚類結(jié)果中的不同類劃分到不同的地層，進(jìn)行聚類均值統(tǒng)計(jì)，以得到重磁電震聯(lián)合反演的地質(zhì)綜合解釋結(jié)果。

本實(shí)施例中的伊寧凹陷的三種物性(重磁電)的聚類分析結(jié)果如圖1所示，不同顏色代表劃分的不同類，也即不同的地層，將不同類的數(shù)據(jù)分別畫出其柱狀圖，結(jié)合物性統(tǒng)計(jì)中的數(shù)據(jù)給不同類劃分到不同的地層中，算出不同類數(shù)據(jù)的均值，做成物性統(tǒng)計(jì)表，如表2所示，結(jié)合表1給不同類按順序標(biāo)號(hào)，作圖時(shí)，給不同標(biāo)號(hào)的地層不同的顏色，這樣便可區(qū)別不同地層，從而得到地層的定量解釋。

表5

本實(shí)施例中研究區(qū)中091線對(duì)應(yīng)測(cè)井(伊寧2井)信息結(jié)果如圖3所示，其中，不同顏色對(duì)應(yīng)了不同的地層，也就是聚類均值統(tǒng)計(jì)表里面的數(shù)值。從圖中可以看出，測(cè)井得到的地層與聚類解釋結(jié)果可以很好的對(duì)應(yīng)上。091線的剖面聚類結(jié)果如圖4所示，聚類結(jié)果可以將地層清晰的劃分出來(lái)，而且測(cè)井信息可以很好地對(duì)應(yīng)上，達(dá)到了定量解釋的目的。

4.開(kāi)展地質(zhì)綜合識(shí)別，進(jìn)行不同目的層的詳細(xì)劃分，包括利用重磁電震聯(lián)合反演地質(zhì)綜合解釋結(jié)果所獲得的不同目的層在剖面和平面上埋藏深度。

重磁電震聯(lián)合反演后的結(jié)果中本身就包含了深度信息(目的層的埋藏深度)，所以不需要最后專門的“埋藏深度模塊”；而且物性和深度其實(shí)是一一對(duì)應(yīng)的(每一個(gè)xyz坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一組物性)，這樣當(dāng)物性被劃分為不同的類別時(shí)，可以對(duì)應(yīng)原來(lái)的深度信息，再將這個(gè)深度對(duì)應(yīng)到模糊聚類的結(jié)果中，從而確定不同類別即不同目的層的深度。

本實(shí)施例中地層界面標(biāo)定的結(jié)果如圖5所示，對(duì)091線聚類結(jié)果進(jìn)行重磁電震聯(lián)合反演地質(zhì)綜合解釋，反映出該地層的縱橫向展布、斷裂發(fā)育狀況。伊寧凹陷二疊系上頂界面埋深如圖6所示，從中可見(jiàn)看出本發(fā)明綜合識(shí)別方法能夠識(shí)別出二疊系上頂界面的埋藏深度以及平面變化情況。

本發(fā)明的基于重磁電震三維聯(lián)合反演下的地質(zhì)綜合識(shí)別裝置的實(shí)施例

本實(shí)施例中的地質(zhì)綜合識(shí)別裝置包括數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)解釋模塊和埋藏深度確定模塊，其中數(shù)據(jù)獲取模塊用于獲取重磁電聯(lián)合反演結(jié)果和研究區(qū)物性資料；數(shù)據(jù)分析模塊用于對(duì)重磁電聯(lián)合反演結(jié)果進(jìn)行聚類分析，以得到相應(yīng)的分類結(jié)果；數(shù)據(jù)解釋模塊用于根據(jù)研究區(qū)的物性統(tǒng)計(jì)將聚類結(jié)果中的不同類劃分到不同的地層，進(jìn)行聚類均值統(tǒng)計(jì)，以得到重磁電震聯(lián)合反演的地質(zhì)綜合解釋結(jié)果。上述各個(gè)模塊的具體實(shí)現(xiàn)手段已在方法的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，這里不再贅述。