1、Fisher 判别法在帅垛茅山地区岩性识别中的应用 喻盼 邱鹏 沈均均 长江大学电子信息学院 贵州省安顺市西秀区水务局 摘 要： 随着石油勘探开发程度的深入, 火山岩油气藏的勘探与开发日益重要, 火山岩岩性识别是火山岩油气藏研究中的一个难点。目前对岩性识别的方法大多通过测井曲线值的简单统计和不同类型测井曲线交汇图的生成来进行岩性识别。溱潼凹陷帅垛茅山地区岩性复杂, 区分岩性较为困难, 首先选择对岩性响应较敏感的 5 条测井曲线, 建立数据库, 然后利用 Fisher 判别方法来识别泥岩、砂岩、火山岩, 并将识别出的岩性与测井、切片识别结果进行对比, 通过对比来验证 Fisher 岩性判别函数应
2、用的准确程度。结果表明该算法具有算法稳当、数据量大、准确率高、使用便利等特点, 而且能够有效地区分岩性, 对今后的勘探与开发中火成岩识别具有重要意义。关键词： Fisher 判别法; 火山岩; 岩性识别; 测井曲线; 油气藏; 作者简介：喻盼 (1992) , 女, 湖北黄冈人, 硕士研究生, 现从事信号检测与处理综合研究的工作。收稿日期：2017-07-02Application of Fisher discriminant method in lithologic identification of Maoshan areaYu Pan Qiu Peng Shen Junjun Colle
3、ge of Electronic Guizhou Province Xixiu District Water Authority; Abstract： With the deepening of oil exploration and development, the exploration and development of volcanic oil and gas reservoirs were becoming more and more important.Volcanic lithology identification was a difficult problem in vol
4、canic oil and gas reservoirs.In view of the complex characteristics of lithology in the Qiangtong depression, to distinguish between lithology was more difficult and other issues to study.At present, most of the methods of lithology identification were lithologic identification through the simple st
5、atistics of logging curves and the generation of different types of logging curves.The study determines whether the Fisher discriminant can intelligently distinguish lithology, to improve the accuracy and stability of lithology identification, and to judge the accuracy of the algorithm to distinguis
6、h between lithology.Firstly, the five logging curves which were sensitive to the lithological response are selected and the database is established.Then, the Fisher discriminant method was used to identify the mudstone, sandstone and volcanic rocks.The identified lithology was compared with the logg
7、ing and slice identification results.To verify the accuracy of the Fisher lithology discriminant function.The conclusion was that the algorithm had the characteristics of stable algorithm, high data volume, high accuracy and convenient use, and can effectively distinguish the lithology which was of
8、great significance to the identification of igneous rocks in the future exploration and development.Keyword： Fisher discriminant method; volcanic rock; lithology identification; logging curve; oil and gas reservoirs; Received： 2017-07-02引用格式:喻盼, 邱鹏, 沈均均.Fisher 判别法在帅垛茅山地区岩性识别中的应用J.能源与环保, 2017, 39 (11
9、) :220-224, 227.Yu Pan, Qiu Peng, Shen Junjun.Application of Fisher discriminant method in lithologic identification of Maoshan areaJ.China Energy and Environmental Protection, 2017, 39 (11) :220-224, 227.0 引言随着石油勘探开发程度的深入, 火山岩油气藏的勘探与开发正受到越来越多的重视, 火山岩油气储层具有分布范围广、岩石类型多样、地质年代长、储集空间复杂等特征, 由于火山岩的矿物成分、结构
10、、构造都相当复杂, 导致其岩性种类繁多, 所以其识别难道非常大。因此火山岩岩性识别是火山岩油气藏研究中的一个难点1, 本文针对溱潼凹陷帅垛 茅山地区岩性复杂特征, 区分岩性较为困难等问题进行研究。测井资料可以还原地层中丰富的地质信息, 岩性识别是最常见和最基本的功能, 岩性识别不准确将会对勘探开发中火山岩油气藏的研究产生一定的干扰, 无法准确确定火山岩油气藏的具体大小和位置。到目前为止识别火山岩岩性的方法较多, 主要有以下几种:重磁电勘探方法、地震方法、手标本及其薄片法、地球化学方法、测井方法等。重磁电法勘探方法和地震方法适用于大范围的勘探火山岩;地球化学方法是较为准确的识别方法, 但是周期长
11、;由于钻井取心有限, 最可靠的手标本及薄片鉴定法也不能普及。因此, 在整个区块内识别火山岩岩性最直接有效而且可信的方法是测井方法。然而对于构造复杂的地层结构和含有多种类型的岩石, 仅仅利用测井曲线值的简单统计和不同类型测井曲线交汇图的生成以及主成分分析等统计方法来进行岩性识别, 所得的结果并不理想2。因此, 有必要利用数学方法对原始测井曲线资料进行处理, 从而通过智能的方法有效地识别地层中不同类型的岩性, 提高岩性识别的准确性和稳定性。1 Fisher 判别分析原理Fisher 判别法的基本原理是以一定的方式将 n 维空间中的点投射到低维空间中。在某一个方向, 将 n 维空间中的点投影到一维空
12、间中, 使在一个一维空间中的同一类点的投影点的方差尽可能小, 而不同种类点的投影点的方差尽可能大, 这样就能够区分 2 类数据3-7 (图 1) 。该算法具有算法稳当、数据量大、准确率高、使用便利等特点。(1) 计算各类样本的均值向量 mi, Ni是类 i的样本个数:(2) 计算样本类内离散度矩阵 Si和总类内离散度矩阵 Sw:(3) 计算样本类间离散度矩阵 Sb:(4) 求向量 W0为此定义 Fisher 准则函数:图 1 Fisher 判别法图示 Fig.1 Fisher discriminant diagram 下载原图使得 JF (w) 取的最大值的 W 为:(5) 将训练集内所有样本
13、进行投影:(6) 计算在投影空间上的分割阈值 y0阈值的选取可以有不同的方案, 比较常用的一种为:另一种为:其中, m i为在一维空间各样本的均值:样本的内类离散度 si和总类离散度 sw为:2 样本选择及分类本文需要识别的岩性主要分为 5 类:泥岩、砂岩、火山岩、泥岩蚀变带、砂岩蚀变带7。但是由于泥岩蚀变带和砂岩蚀变带的样品点较集中且取芯井中所占比例较少, 泥岩与泥岩蚀变带及砂岩与砂岩蚀变带的岩性特征区别界限不明显, 这将使进行 Fisher 判别法来识别泥岩蚀变带和泥岩以及砂岩蚀变带和砂岩难以区分。综上所述, 本文将泥岩蚀变带和泥岩归为泥岩, 砂岩蚀变带和砂岩归为砂岩, 总共分为泥岩、砂岩
14、、火山岩 3 种类型8。选择对岩性响应敏感的 5 条测井曲线:自然伽马 (GR) 、声波时差 (AC) 、中子 (CNL) 、密度 (DEN) 、地层真电阻率 (RT) 。在研究区取心井的岩心观察所建立的岩心柱状图上, 选择290 个样本点所对应的测井数据, 建立数据库。3 判别分析结果对已选取的 11 口井的 290 个样本 (150 个泥岩样本、120 个砂岩样本、20 个火山岩样本) 进行归一化处理。3.1 测井资料的 Fisher 判别(1) 判别分析。以建立图版时的数据作为标准模型样本, 根据 Fisher 判别方法求解原理, 对已选的 290 个样本数据进行分析, 即 150 个泥
15、岩样本、120 个砂岩样本、20 个火山岩样本, 建立泥岩、砂岩、火山岩的模型, 得到 Fisher 典则函数特征值和方差贡献率, 其中第二典则函数特征值累计方差贡献达 100% (表 1) , 各类型的样品特征区分鲜明 (图 2) , 包含了绝大部分变量信息10。表 1 典则函数特征值 Tab.1 Canonical function eigenvalue 下载原表 图 2 第 1 与第 2 典则函数交汇 Fig.2 Intersection of first and second canonical functions 下载原图这 3 类岩性的模型判别结果 (表 2) , 其中数字 1 代
16、表泥岩, 2 代表砂岩, 3 代表火山岩。在表格中第 2 行的第 2 列中的 150 代表第 1 种岩性准确预测的个数, 后面 2 个 0 分别代表第 1 种岩性错误预测第 2 种和第 3 种岩性的个数。从表 3可以看到对样本分类的正确率达到 99.3%。因此, 可以用第二典则函数作为岩性判别的特征变量10-13。(2) 建立判别模型。求出 Fisher 线性判别函数 (表 3) , 然后利用判别函数对其他井的未知岩性进行识别12。表 2 Fisher 判别分类结果 Tab.2 Classification results of Fisher discriminant 下载原表 表 3 Fis
17、her 的线性判别式函数 Tab.3 The linear discriminant function of Fisher 下载原表 依据 Fisher 判别分析, 3 种岩性的 Fisher 线性判别函数如下:式中, F 1、F 2、F 3分别代表泥岩、砂岩、火山岩的判别函数。对于未知岩性且含有 5 条测井曲线的井, 把其归一化后的测井值代入 3 个公式中分别计算出 F 值, 然后进行比较, 判别函数值最大的那个类, 就是该样本所属岩性类别9。3.2 判别应用效果分析在建立了泥岩、砂岩、火成岩 3 类岩性的 Fisher 岩性判别函数后, 利用上述判别函数对测井曲线进行岩性识别1, 并将识别
18、出的岩性与测井、切片识别结果进行对比, 通过对比来验证 Fisher 岩性判别函数应用的准确程度, 以面选取帅6 井、帅 7 井岩性对比柱状图进行描述。溱潼凹陷帅垛茅山地区帅 6 井戴南组的岩性为砂泥岩不等厚互层, 用 Fisher判别函数识别的岩性与录井及薄片鉴定的结果进行对比, 识别的砂泥岩整体符合率在 90%以上 (图 3) 。图 3 帅 6 井戴南组识别岩性对比 Fig.3 Lithology identification of the South formation of Shuai 6 well 下载原图帅 7 井阜宁组三段岩性为砂岩、泥岩和辉绿岩, 有大量的砂泥岩不等厚互层, 用
19、 Fisher 判别函数识别的岩性与录井及薄片鉴定的结果对比。识别的砂泥岩整体符合率在 85%以上14 (图 4) 。图 4 帅 7 井阜三段识别岩性对比 Fig.7 Lithology discrimination of Fu 7 well Fu Three Section 下载原图岩性符合率较高的情况下, 利用上述 3 类判别函数对开发井进行岩性识别, 主要识别泥岩、砂岩、火山岩。帅 3-7 井 5 条测井曲线 (GR、CNL、DEN、AC、RT) 齐全, 利用判别函数对帅 3-7 井进行岩性识别 (图 5) , 将识别出的岩性与测井曲线进行对比, 得出 3 种岩性与测井曲线吻合程度较好,
20、 这表明用此方法进行岩性识别的岩性识别率较高15-19。4 结语通过研究可知, 对于构造复杂的地层并且地层中含有多种复杂岩石类型的地区, 利用 Fisher 判别法对原始测井曲线资料中的反映岩性信息的数据进行处理, 可有效识别泥岩、砂岩和火成岩20。图 5 溱潼凹陷帅垛茅山地区帅 3-7 井岩性识别柱状 Fig.5 Lithology identification chart of Shuai 3-7 well in ShuaiduoMaoshan area of Qintong hollow 下载原图本文针对溱潼凹陷帅垛茅山地区, 利用 Fisher 判别法成功地区分了泥岩、砂岩和火成岩,
21、说明根据提取的测井响应特征差异建立的 Fisher 判别法来区分泥岩、砂岩和火成岩能够取得了良好效果。参考文献1杨凯, 关叶钦, 季李岚.Fisher 判别法在火山岩岩性识别中的应用J.国外测井技术, 2012 (1) :44-46. 2宋换新, 陈波, 沈均均, 等.新沟油田新沟嘴组下段油组岩性测井综合识别J.石油天然气学报, 2014, 36 (8) :60-64. 3张永超, 张建村.基于 Fisher 判别分析我国高技术产业创新水平J.北方经贸, 2015 (9) :95-97. 4谢润椿.基于预警链和 MKV 选样的财务风险预警研究及 CHAID 决策树应用D.广州:暨南大学, 20
22、10 5张耀光.二元判别分析在农业区划中的应用以辽东半岛经济作物水产区划为例J.辽宁师范大学学报自然科学版, 1985 (3) :63-72. 6王珍珍.利用 Fisher 判别法识别复杂岩性J.国外测井技术, 2012 (5) :22-24. 7辛秀.和什托洛盖盆地西山窑组砂岩岩石学特征及其铀富集规律研究D.北京:中国地质大学 (北京) , 2014. 8杨子成.塔南凹陷下白垩统铜钵庙组-大磨拐河组沉积相研究J.中国西部科技, 2010, 18 (9) :3-6. 9鲁锋.新沟地区新下油组储层特征研究D.武汉:长江大学, 2015. 10文得进, 张占松.利用 Fisher 判别分析技术识别
23、火山岩油水层J.石油天然气学报, 2010, 32 (3) :96-99. 11田艳, 孙建孟, 王鑫, 等.利用逐步法和 Fisher 判别法识别储层岩性J.油气藏评价与开发, 2010, 33 (2) :126-129. 12沈均均.潜江凹陷南部新沟咀组下段湖相白云岩形成机理及其石油地质意义D.武汉:长江大学, 2015. 13马晓龙.扶新隆起带扶余油层测井资料岩性识别及岩相划分D.黑龙江:东北石油大学, 2011. 14何羽飞, 万金彬, 刘淼, 等.基于测井多参数的复杂储层岩性综合识别J.测井技术, 2015, 39 (1) :48-51. 15马晓龙.扶新隆起带扶余油层测井资料岩性识别及岩相划分D.大庆:东北石油大学, 2011. 16于利民.两井东 木头南地区扶余油层层序地层研究及有利区块优选D.大庆:大庆石油学院, 2009. 17孙朕.太东 宋芳屯地区扶余油层沉积相及储层特征研究D.大庆:东北石油大学, 2012 18刘鑫.松辽盆地州 4 井区扶余油层油气资源评价D.北京:中国地质大学 (北京) , 2013. 19任光文.扶余油田杨大城子油层构造特征研究D.北京:中国地质大学 (北京) , 2014. 20李晓伟.松辽盆地长 10 区块扶余油层沉积微相及富油规律研究D.大庆:大庆石油学院, 2010.
