地质建模新方法探索——以地震和测井数据构造建模为例

丁卫平

中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州，072754

地质建模新方法探索
——以地震和测井数据构造建模为例

丁卫平*

中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州，072754

地质模型建立可以有很多种方法，但比较准确可靠的方法还是利用地震和测井方法，通过对测井和地震数据的有机组合，编制了一个测井和地震综合解释的软件，使深度域和时间域的数据结合显示在一个剖面图中，克服了测井和地震各自的局限，也利用测井相的判别分析和地层的马尔科夫性质，利用相关算法进行地层旋回，地层柱等的自动生成，减少人为认识的误差，也消除地层沉积时的随机干扰，为测井地震解释提供了新的方法。

测井 地震 融合 可视化软件

地质工作者尤其是研究沉积矿产的地质工作人员特别关心地下地质模型，这些对沉积矿产的分布有很重要的关系。地质模型建立可以有很多种方法，比如重磁电数据也可用来建立地质模型，但比较准确可靠的方法还是利用地震和测井方法。

1 研制地震和测井数据构造建模必要性分析

在地层覆盖区进行石油、煤炭、盐类、地下水、金属等的资源勘查时，由于地表完全被第四系覆盖，有时候覆盖厚度很大，可达上百米，在海洋石油勘探中，海水更深达上千米，这时候最常用的野外勘探是地震和测井等工作。地震可以是二维的，也可能有三维的，它们主要反映了地下地质体（层）的弹性特征，而测井则有很多种方法，比如密度测井、电阻率测井、微电极测井、测向测井、感应测井、倾角测井、声波测井、井径测量、伽玛测井等等，它们都从不同的侧面反映了地下地层或岩体的某方面信息，要想对地层或岩体有深入的认识就必须将多种测井曲线综合利用。

地震方法其特点是立体性（三维）或者剖面性（二维），但是与测井数据相比，地震的分辨率低很多，测井则分辨率相当高，但只代表一测井点下部的详细信息，经过处理后用来进行解释的地震数据如果能与测井数据结合起来将克服各自的局限，充分反映地下的地质、构造、矿产等情况。对于资源勘查尤其是石油、天然气、煤炭、钾盐、磷块岩等沉积矿产的勘查有很重要的意义，对于厚覆盖区的勘查则意义更加重大。

为了克服地震和测井解释时各自的缺陷，发挥各自的长处，有必要将二者结合起来显示并进行解释，这样可以做到相互补充，取长补短。因此开发一个测井和地震相互融合利用的软件很有必要。

2 地震与测井数据的融合

地震数据在没有建立速度场之前都是时间域的，而测井数据都是深度域的，时间域的数据要与深度域数据融合在一起显示，可以采用两种方式，一是利用测井曲线中的声波时差和密度曲线（没有密度曲线的情况下可采用gardner公式将声波曲线转换而得到密度曲线），通过它们及选择的子波（雷克子波、带通子波或者从井旁地震道中提取的子波等）做合成地震记录（图1），然后将该合成记录不断与井旁地震对比，对比的过程中不断修改深时关系，使合成记录与井旁地震道具有最大的相似性，这样就可以获得该口井从上到下的深时关系，在对所有井利用合成记录的方法获得它们相应的深时关系后，就可以将所有深度域的测井数据转化成时间域的测井数据，然后与时间域的地震数据一起显示在图上，成为一时间域的测井地震数据融合图；另一种方法是将时间域的地震数据利用速度场装化到深度域，然后与深度域的测井数据一起显示成一张深度域的地震测井数据融合剖面图。

图1 某井合成记录与地震对比确定深时关系图Fig 1 Confirming the depth-time relation by the comparision of integrated seismogram and well-side seismic data for some well

子波在笔者所编的软件中可调整相位和频率，并且能选择某时窗内的反射系数与子波相乘，显示分布褶积，有点类似电影慢镜头的效果

图1为所编软件的合成记录标定图，先将声波曲线转换成速度曲线，再将速度曲线与密度曲线相乘，得波阻抗曲线，然后利用波阻抗曲线（DV）计算出反射系数曲线，再将反射系数曲线与选择的雷克子波进行褶积即生成合成记录曲线，该曲线与井旁地震进行对比吻合比较好的话，这时井的深时关系比较准确。

D1，D2：反射点上下的密度，

V1，V2：反射点上下层的速度，

R：反射点的反射系数

测井生产过程中除了各种曲线外，还有各种重要的取心数据，包括岩心数据，如不同深度的沉积岩石什么类型，另外还有油气水数据等，这些数据是非常重要的原始数据，对石油、煤炭、地下水或盐类化工矿产等的勘查有很重要的意义。另外测井解释的过程中可以产生很多新数据，比如分层数据、地层旋回数据、石油的生储盖数据、沉积相数据等等。如果我们对井旁地震进行时频分析还可产生井位置从上到下的时频数据，这些数据多是深度域的，但也有时间域的，如时频分析数据。这些数据融合显示在一个剖面图上都需要深时关系来转换，大量不同性质的数据显示在一个剖面图上需要精心组织才行。

笔者所编的软件将多种数据显示在一口井的柱状图中（图2），注意包括井旁地震（有些解释不一定很正确），由于版面限制，这里只显示了一部份。

图2 JI201井地质数据柱状显示图Table2 Geologic data bar graph of a drilling

3 测井与地质数据的转换利用

3.1 测井岩性数据的判别分析利用❶❶李昌，南冀山油田利用测井资料识别地层岩性，杭州地质研究所，2006

煤田、水文，石油勘探等测井过程中，常有这样的情况，一个地区钻了多口井，其中一口井取了完整的岩性数据，但其他井因故只有测井曲线数据，这时候可以利用已知井的岩性数据和测井曲线，运用数学地质判别分析的方法来得到比较准确的未知井的岩性数据。

在已知岩性数据的测井中，建立岩性与测井曲线之间的判别函数关系式，这一过程中应该去掉那些与岩性关系不那么敏感的测井曲线数据（比如倾角测井数据等）。一旦建立了该判别关系式后，再将其用到同一工区的其他井中，利用其他未知井的相应测井曲线即可以生成该井的岩性柱数据。当然这种判别关系式很显然只能用到地质条件类似的邻近井中。

具体过程：根据有较多取心的关键井中已知岩性地层的测井参数，应用数学的方法划分出具有地质意义的测井相（图3），再通过与岩心对比建立测井相-岩心数据库，最后对未取心井进行逐层的测井相分析，并鉴别岩性，最终获得这些井的剖面岩性。

下面对上述方法进行具体步骤说明：

（1）利用方差分析，系统聚类分析和Bayer逐步判别分析等多元统计分析有机结合，实现测井曲线自动分层，如图4所示，分层的目的是去掉一些随机因素引起的测量误差，也为了减少计算量，通过上述步骤选择对岩心有较大影响力的测井曲线来进行判别分析。

（2）对岩心数据进行分析，寻找标准样品层，因为岩心数据可能很多，为了排除一些干扰，对一些岩性接近的地层可以进行归类合并，以岩性出现厚度较大，多次出现等特征来挑选标准样品层，图5为对出现的各种岩性进行统计的结果。

图3 进行岩心测井相分析的过程Fig.3 Analysing procedure for the lithological welllogging phase

图4 曲线方波化Fig 4 Curve block method display diagram

图5 岩性统计柱状图Fig 5 Lithological statistic histogram

为了更准确地利用重要的钻井中的地层岩性，我们还进行了对该井岩性柱中共三十个岩性层的三种（RT，DEN，GR）测井曲线进行了数学统计上聚类分析，划出了岩石样品的聚类分析图，再结合上面述及的岩心中岩性统计结果，以相关系数0.444，将钻井中的岩性分为五种岩性（图6）。

（3）建立该测井工作区的判别函数【1】。

（4）利用判别函数和钻井中的测井曲线建立该井中的地层岩性柱。

图7说明用三种测井曲线能把五种主要的岩性区别开来。

有岩心井的数据进行检验，看判别分析得出的岩心数据与实际岩心数据有多大的判断正确率，图8为某井判别分析对比效果图（该井本身有岩性数据，对于建立好的判别函数，可以用已知数据）。

图6 钻井中地层的聚类分析谱系图Fig.6 Cluster analysis phenogram of strata in the drilling

图7 三维空间测井数据与岩性的点阵图Fig 7 Scattering diagram in 3D space for the wellloging data

图8 判别分析效果图Fig 8 Distinguishing analysing effect diagram for some well

从上可以看出，虽然有些层段出现了误判现象，但总的来说，判别效果还是很不错的，判别错的地方主要是两种岩性差异较小，测井曲线特征相似，这种误判并不影响整体效果。

3.2 岩性数据转换到地层旋回数据【2】

通过上述测井曲线和岩心中的岩性地层判别分析后，可以考虑将岩性数据自动转换到地层旋回数据，在以往，地层旋回数据，主要根据人们的地质经验直接在剖面图中利用旁边的岩性数据的出露情况判断是什么旋回性质，用正向三角形或负向三角形来表示正旋回或负旋回等，但是这种方法有很多主观的因素，而且容易受干扰，由于地层的反复出现具有马尔科夫链性质，也就是某一时代的地层出现只与当时的沉积环境有关，或者说只与该地层的前一地层有关，而与更早以前的沉积地层没有关系，因此可以考虑将岩性数据利用马尔科夫链分析的原理方法，将岩性数据自动转换生成地层旋回数据。

马尔科夫链分析地层旋回有很多方法，其中的转移概率方法，极限概率方法，置换分析、熵分析都能对地层序列进行某种角度的分析。但这些方法在消除随机因素干扰，突出沉积规律性方面不太强，我们可选择环流分解法。该方法在沉积作用复杂，旋回类型多样，岩性状态比较多时，消除干扰方面有较好的优势。

在进行环流分析时，必须选择在物质组成及结构构造方面都有明显差异的岩性，以有明显的地质成因意义为原则。图2中的旋回数据即自动生成的结果。

4 综合剖面图的显示【3】

测井地震综合显示的剖面图中，所编软件在井方面能显示的数据包括曲线（含波阻抗、速度）、合成记录、反射系数、子波、岩性、地质分层、地层、油气水、生储盖（生油层、储层、盖层）、地层旋回、文字解释等数据，地震数据中可以进行层位拾取等（图9），这些数据有的是原始数据，有的是测井解释过程中生成的数据，为了使这些数据有机组成而不乱，我们采用数据树的方式来组织这些数据，按数据类型来组织成各类数据树中的节点，并且把原始曲线和生成曲线进行分开。把需要显示的深（时）数据以深度或时间标尺（或深时混合标尺）来表示。

软件的主要特色如下：

（1）用数据树来显示所有数据，以数据是否被选择上来表示是否显示在绘图区；

（2）对各种测井曲线进行标准化和预处理；

（3）各种数据的查询、显示、编辑、修改；

（4）各种子波的选择和修改，合成记录的制作和编辑，确定深时关系；

（5）多井和地震剖面的连井显示，井数据对比，层位拾取；

（6）多曲线和岩性的组合显示；

（7）反射系数的分布褶积；

（8）绘图区鼠标拖动修改道宽，纵向比例尺及道头高度等；鼠标拖动数据道到空白区不再显示；

（9）利用判别分析生成岩性数据；

（10）利用岩性数据根据地层的马尔科夫性质自动生成地层旋回数据；

以下为本软件的主界面，由于版面的关系，这里只显示了部分数据在剖面图上。

利用该软件，我们选择了某工区的两口井的数据，并且利用井间的地震数据进行了实际的应用。

应用过程中，我们先同时把两口井的深时关系利用合成记录与井旁地震对比编辑得到，然后结合我们得到的岩性数据以及其它井数据（包括我们编辑解释生成的数据）将它们显示在剖面图中，见图10，从图中可以看出，用合成记录标定得到的深时关系绘制的图形，明显反应了测井曲线与地层岩性、地震等的对应关系，两条红色的地震层位拾取线反应了砾岩或砂岩层的出露部位，地层旋回也有较好的反应，说明利用旋回分析的方法来自动生成地层旋回是可行的。

图9 连井地震综合解释软件主界面图Fig 9 Main interface figure of multi wells and seismit interpretation

图 10 连井地震剖面对比图Fig 10 Comparision diagram for the multi-well and seismic profile.

5 结论

该软件在测井与地震综合显示以及相关数据转化方面进行了一些探索，在数据组织方便性，合成记录编辑灵活性，测井相分析和旋回分析等方面进行了一些有益的尝试，对煤田，化工，石油等勘探行业确立地下地层模型等方面有较大的意义。由于时间的关系，有些功能还待完善（软件只有更好没有最好），笔者认为可以继续进行以下一些工作：

（1）用测井原理，利用提供的测井曲线进行有关参数的计算，以便得到人们关心的更加重要的参数，比如渗透率、饱和度等等。

（2）对井所在的地震道，进行时频分析，进一步克服地震分辨率低的弱点，在时频分析结果出来后，将其显示在井数据道中，因高频对应于薄层集中的地下部位，而低频段则对应于厚地层分布的地下部位，这样可以对地层进行更好的判断。

（3）在每口井的深时关系出来以后，对于井之间的深时关系，除了可以利用地震解释软件得到的速度场来显示深度域剖面外，应研究利用井之间的地震数据进行协克立金插值的方法的可行性，这样可以由多口井的深时关系插值出井之间有地震控制位置的深时关系。

（4）增加地震道提取子波的功能，以便做到做合成记录的子波更准确。

1 长春地质学院数学地质研究室. 多元统计分析方法在地质中的应用[M]. 北京：地质出版社，1983

2 张光前，刘承祚. 环流分解及其在沉积地层旋回分析中的应用[M]. 地质科学，1989，（03）

3 Gasmin Blanchette， Mark Summerfield 著. C++ GUI Qt3 编程[M]. 齐亮，译. 北京：北京航空航天大学出版社，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

丁卫平（1965～），男，地球化学和数学地质专业，高级工程师

2011-11-29；改回日期：2012-05-12