地层倾角测井原理及应用 测数据处理原理课件.ppt

地层倾角测井原理及应用,（四）,1、什么是相关分析？2、地层倾角相关时常用的相关函数公式有那些？3、相关分析中的常用术语及含义？4、确定相关对比的参数的原则有哪些？5、地层倾角相关对比计算相关函数的过程如何？,第二章 地层倾角测井数据处理原理,地层倾角测井原始曲线的解释要比其它测井方法的解释复杂的多，因为地层倾角测井不能直接提供地层倾角和地层倾斜方位角，也就无法对地层倾角曲线进行直接解释。,绪,第三节 地层倾角测井曲线相关对比分析法,地层倾角测井提供那些原始曲线,多条电阻率曲线号极板的方位角AZ()井斜曲线DEV()相对方位RB（）,必须经过复杂的计算才能获得。 早期解释：人工解释，只解释关键层段。 现在解释：人机交互解释，应用计算机处理技术连续处理、解释地层倾角资料,如何得到地层倾角和地层倾斜方位角？,计算机技术的发展，也促进了地层倾角测井处理、解释软件的开发和发展。,计算机的类型、大小和地层倾角仪器的不同，开发的软件也各不相同。 但不管哪家公司开发的地层倾角处理软件，其设计原理主要还是基于以下三种方法： 相关对比法 图形识别法 频率分析处理法（自学）,地层倾角资料处理有那些方法？,一、相关分析的基本原理二、相关对比分析求取高程差的原理三、相关分析中的常用术语四、相关对比的计算过程,五、相关对比的质量系数六、几种情况处理七、相关对比法的改进八、SHDT中的相关对比法,自学,第三节 地层倾角测井曲线相关对比分析法,一、相关分析的基本原理,什么是相关对比分析法？,它是一种很早就广泛用于许多领域（如地质、气象等）的一种数理统计分析方法。 相关：分析两组数据的相关程度 相似：分析两条曲线（图形）的相似程度,例,分析两组数据相关关系,图形之间的相似性,例,地层倾角测井曲线的相关对比法,思路,首先必须对4条（或6条、或8条）微电阻率测井曲线进行（相似、相关）对比，求出各条微电阻率曲线在同一地层层面上的高程差。,地层倾角测井曲线的相关对比法：,用数理统计的方法比较各曲线之间的相似性，从而确定地层面在各条曲线上的深度。,用什么比较？ 相关系数,将四条（或六条、八条）微电阻率曲线中任意两条曲线X和Y每隔一个采样点取一个数据，这样曲线X、Y离散化后就形成数列：Xi、Yi，其中i1、2、3，N，它表示曲线离散化后的采样点数。 数列Xi与Yi是否相似等价于（Xi）与（aYi+b）是否接近，也就是它们的均方差Q最小，即：,相关系数,只有当Q最小时，（Xi）与（aYi+b）才最相似。a、b可根据 ， ，解得：,相关系数,将a、b带入上式整理，得相对误差：,其中：,由柯西谢瓦兹（Cauchy-Schwarz）不等式知 ：,相关系数,讨论,（1）当 =0，相对误差最大，说明Xi与Yi不相关（或不相似）；,（2）当 =1，相对误差最小，说明Xi与Yi完全相关（或相似）；,（3）当 0，曲线相似，相位相反。测井曲线对比时，要求曲线相似且相位相同，所以 要求取正值。,综上所述，在实际中，我们用来衡量Xi与Yi的相似程度，就是通常所说的相关系数。,相关系数,计算相关函数过程说明,用计算机对地层倾角曲线（每次两条）进行相关对比时，是采用逐段对比的。,二、相关对比分析求取高程差的原理,基本曲线：A对比曲线：B对比井段（长度）：A1A2探索长度：S=B1S1+B2S2,例,如果曲线段A1A2对应井段长度为3m，每米采样320点，共961个采样点。则数列Ai中编号自0960，同理，数列Bi也是这样。 如探索长度S=0.2m，共2n0.232064个采样点，每边n32个采样点。,对比过程,这样，每移动一个采样点求出一个相关系数R（）：,=-n，-(n-1)，0，1，2，n,标准化相关函数公式,逐点连接相关函数值就得到相关函数曲线。,相关函数曲线,相关函数曲线图,当曲线相对移动m个采样点距离后，两曲线最相似，相关函数R(m)最大。,则地层面在B曲线与A曲线在间的高程差hAB为： hABZB-ZA=ml式中：mR()最大值处B曲线段移动的采样点数； l为采用间距（厘米/点）； hAB为高程差。当B曲线段在A曲线段位置之下时，高程差为负值，反之为正值。,相关函数曲线图,在实际应用中，除了标准化的相关函数公式外，还可采用下列公式：,半标准化的相关函数公式：,非标准化的相关函数公式：,上面两式计算精度要低些，但处理速度快，节省资料处理时间。所以，有时也采用。,其它相关函数公式：,1、基本曲线与对比曲线2、处理井段3、对比长度（窗长）4、探索长度（范围）与探索角5、步长,三、相关分析中的常用术语,1、基本曲线与对比曲线,上述推导中，曲线A称基本曲线，曲线B称对比曲线。,当号极板所测曲线质量不好时，可用极板曲线代替号极板曲线作为基本曲线进行对比。,四臂倾角仪测出4条微电阻率曲线，在进行相关对比时，通常以号极板所记录的曲线为基本曲线，其它三个极板所记录的、号曲线，都称为对比曲线。,相关对比术语图,相关对比术语图,2、处理井段,为了进行对比，需要把曲线顺序地分成长度相等的若干小段，每小段即为对比长度。,相关对比术语图,3、对比长度（窗长）,用来进行对比的曲线段长度叫对比长度或窗长。,两条曲线对比时，固定基本曲线，对比曲线在一定范围内进行搜索，找出最佳相似位置需要搜索的最大距离称为探索长度S。,相关对比术语图,4、探索长度（范围）与探索角,以探索长度的一半作为直角三角形的对边，以井径D作为直角三角形的底边，则对边所对应的角称为探索角。即：,当某一曲线段对比完毕后，按顺序取下一曲线段进行对比，则两相邻曲线段中心点的距离称步长。,相关对比术语图,5、步长,注意,相关对比时，相邻的两个曲线段可以首尾衔接、也可以相互覆盖，但不能首尾分开。,进行相关对比时，窗长、探索角、步长采用不同的参数值，就会得到不同的处理结果，所以，需慎重选择。,1、确定对比的处理井段2、确定基准曲线3、确定相关对比的参数4、计算相关函数5、计算高程差,四、相关对比的计算过程,根据现场采集的地层倾角测井信息与地质要求来定。 通常选起始深度到终止深度。,1、确定对比的处理井段,通常以号极板所记录的曲线为基本曲线，其它三个极板所记录的、号曲线，都称为对比曲线。 当号极板所测曲线质量不好时，可用极板曲线代替号极板曲线作为基本曲线进行对比。,2、确定基准曲线,进行相关对比要用到三个重要参数对比长度（窗长）、探索角、步长。 这三个参数的选择要根据所解决的问题的性质来确定。,3、确定相关对比的参数,通常，把要解决的问题分为两类： 一类是解决构造问题，包括研究构造形态、断层位置及产状、不整合等； 另一类是研究地层沉积问题，包括分析沉积类型、地层层理、古水流方向、沉积物的增厚方向等。,3、确定相关对比的参数,3、确定相关对比的参数,研究沉积现象时：由于细小层理的变化往往在相当小的范围内就有很大的变化，所以要采用小的对比长度。而选择步长对比长度。,研究构造问题时：涉及的地层几何形状比较大，只有在较长的对比范围内才能更有效地看出它的变化特点，所以要采用较大的对比长度。而选择步长时，通常使第一次相关分析处理的对比区段与第二次相关分析处理的对比区段有一部分重叠。,原因,根据研究对象的倾角大小选择探索角。,探索角确定原则：,当研究的对象比较陡时，探索角要大一些；研究对象比较平缓时，探索角可选小一些,地层倾角处理参数选择原则,4、计算相关函数,把基本曲线与对比曲线逐段对比得到的相关函数值绘制成图，就得到一条相关函数曲线。,相关函数曲线图,号极板曲线（基本曲线）分别与、（六臂倾角还有、）号极板曲线进行相关对比计算，这样，每一个窗长可计算出3组（或5组）相关函数值。然后，将基本曲线A移动一个步长，重复上述相关对比计算过程，直到全井段处理完毕为止。,计算相关函数计算过程,计算高程差,B、A曲线在间的高程差hAB为： hABZB-ZA=ml式中： m为相关系数最大值处B曲线段移动的采样点号； l为采用间距（厘米/点）； hAB为高程差。当B曲线段在A曲线段位置之下时，高程差为负值，反之为正值。,5、计算高程差,小结与要求,1、掌握相关分析的基本原理 2、掌握地层倾角相关对比分析求取高程差的原理 3、掌握相关分析中的常用术语 4、掌握相关对比的计算过程及参数选择方法,1、什么是相关分析？2、地层倾角相关时常用的相关函数公式有那些？3、相关分析中的常用术语及含义？4、确定相关对比的参数的原则有哪些？5、地层倾角相关对比计算相关函数的过程如何？,Thank You！,自学,陡度G：反映相关函数曲线的张口程度，用它表示相关对比的质量或所求高程差的可靠程度。,求陡度示意图,G的计算结果范围：1，100两曲线相似性越好，G值越高（接近100）；两曲线相似性越差，G值越低（接近1）,相关对比的质量系数,陡度G：反映相关函数曲线的张口程度，用它表示相关对比的质量或所求高程差的可靠程度。,求陡度示意图,相关对比的质量系数,求陡度示意图,左斜率,陡度因子，是一个经验系数,G的计算结果范围：1，100两曲线相似性越好，G值越高（接近100）；两曲线相似性越差，G值越低（接近1）,右斜率,相关对比的质量系数,置信度：表示任意点所计算的地层倾角与倾向的可靠程度。用下式表示：G21、G31、G41分别为曲线、与曲线的相关函数的陡度。,置信度质量标准,相关对比的质量系数,相关对比的质量系数,求平面系数示意图,平面性系数q ：反映地层面是否共面的一个参数。 设 ，a取0.8cm，引入平面系数q，定义为：可以看出：0q1。 当四点严格共面时 =0,q=1。因此，q值反映四点共面性的好坏。即：q越接近1，四点共面性越好。,当四点严格共面时=0,q=1。因此，q值反映四点共面性的好坏。即：q 越接近1，四点共面性越好。 在实际中，给定平面性截止参数c,再判断： qc时，认为四点共面，继续向下计算，求出该点的地层倾角与倾向。 qc时，则认为四点不共面，就跃过该点，再检查下一个计算点。,相关对比的质量系数,注意,求平面系数示意图,六、几种情况的处理七、相关对比方法的改进,自学,Thank You！,地层倾角测井原理及应用,（五）,1、相关分析与图形识别法各有什么特点？2、曲线元素的三种等级、五种类型什么？3、描述峰、谷曲线元素的九个参数含义？5、图形间对比原则有那些？,第二章 地层倾角测井数据处理原理,在用手工方法对比地层倾角曲线时，发现：尽管几条微电阻率曲线是在同一个井眼内测量的，但要将不同极板上电极所采集的曲线对比好，其难度是非常大的，甚至不亚于相邻两井测井曲线的对比。尤其是对比高分辨率的地层倾角曲线时更是如此。,绪,第四节 地层倾角测井曲线的图形识别法,造成对比困难的原因： 处理井段井壁条件不好 泥浆性能不符合要求 地层并非都按水平层理的规律连续沉积,地层的沉积现象是复杂的、变化多端的。地层层理的倾角不一定是固定的，有的可能变化很大。 反映到地层倾角测井曲线上，并不是每一个地质现象在四条（或6、8条）微电阻率曲线上都有反映； 即使每一个地质现象在四条（或6、8条）微电阻率曲线上都有反映，但它们的曲线形状、幅度及厚度也可能不一样。 因此，需要根据测井曲线图认真分析判断。,必要性,一、相关对比方法的局限性二、图形识别对比法的基本概念三、图形矢量四、图形间对比原则及步骤五、斯仑贝谢地层倾角处理软件,提 纲,过去所用的相关对比法，采用的对比长度（窗长）是固定不变的。即给定一个起始深度后，计算机就机械地顺序往下逐段进行对比，这种方法最适合广泛而概略性地探测各种地质现象，尤其是构造地质问题。 对于详细的沉积研究，它就不能适应沉积现象复杂多变的特点。相关对比法的局限性主要表现在以下三个方面：,一、相关对比方法的局限性,对比参数（对比长度）预先给定后就固定不变，不能适应复杂多变的地质情况。 比如：有时对比长度（一般大于1英尺或0.2米）可包括两个以上的岩层、有时可能连一个岩层也包括不了（取决于岩层的厚度）。特别是分析沉积问题时，对比长度内可能包括数个细层、层系。 这就给研究沉积（层理、古水流方向）问题带来了困难。,局限性1,机械地进行相关对比，没有考虑进行对比的最基本的要素成层现象。 这样计算的地层倾角不是任何具体层面的倾角，而是对比长度内的平均倾角，其深度规定为对比长度内的中点深度，显然，不满足细层精细对比的要求和精度。,局限性2,只有4个极板所经过的岩层厚度相同、4条微电阻率曲线形状相似、相关对比的质量才是可靠的。否则，不太可靠。,局限性3, 两条曲线厚度相同、形状相同，对比质量可靠。 两条曲线厚度相同，曲线幅度不同。但如将B曲线放大倍，在加上基数，就与A曲线很相似。因此对比质量也很好。 两曲线形状相似，但厚度不同，对比质量就差。,三种曲线相似类型,三种曲线相似类型,因此，随着生产发展的需要，就提出了图形识别对比法。,图形识别对比法：计算机按测井曲线的形状进行图形相关对比的方法。它是掌握对比标志层、按三级控制、分级对比的方法进行的。,曲线元素：在图形识别对比法中，一般把地层倾角测井采集的微电阻率曲线分解成按深度排列的三种等级、五种类型的曲线元素。,二、图形识别对比法的基本概念,三种等级：小峰、中峰、大峰。 地层对比时：它相当于不同等级的沉积旋回（如单层、复油层、油层组）； 层理对比时：它相当于细层、层系、层系组。 这里主要是用于层理对比。,五种类型：峰、谷、尖峰、台阶、平直线段。 其中，主要是峰和谷这两种类型的曲线元素。,峰：是一段由低到高、再由高到低的曲线段。 这是对比曲线上最普遍的一种曲线元素。 一切对上、下邻层有相对高电阻率、岩性较均匀的地层单元，在对比曲线上都会显示“峰”的特征。,曲线元素分类,谷：与峰相对应，是一段由高到低、再由低到高的曲线段。 也是对比曲线上最普遍的一种曲线元素。 它一般与峰交替重复出现。低电阻率隔层在对比曲线上都会显示“谷”的特征。,曲线元素分类,尖峰：通常是很薄的夹层的响应特征。高阻夹层响应为正尖峰，低阻夹层响应为负尖峰。,平直线段：对比曲线上幅度几乎没变化，近似一段直线。大段均匀岩石的响应。,台阶：在界面内岩性均匀、在界面两侧岩性突变形成的曲线段。,曲线元素分类,用梯度曲线划分峰、谷曲线元素示意图,用梯度曲线划分峰、谷曲线元素方法,峰（谷）曲线的界面通常由峰（谷）曲线上的“拐点”来划分，也可用峰梯度曲线的极大值与极小值来确定。,曲线元素对比:是在相似的图样中进行的，所用的方法是把一条曲线的一系列元素与另一条曲线的相似元素进行一一配对，最终识别两条曲线上出现的同一个地质事件。,曲线元素对比,基本准则：对比图形矢量，用不交叉对比法则作为指导找出对比线，确定界面的倾角和倾向。这个界面可能是地层界面、也可能是层理面、也可能是裂缝面。,图形矢量：为了描述峰、谷曲线元素，引用九个参数，构成图形矢量数列。,三、图形矢量,图形矢量,图形矢量参数的含义,R1峰曲线元素视电阻率平均值,R2峰曲线元素视电阻率极大值,R3视电阻率极大值在峰曲线元素内的相对位置,图形矢量,R6峰曲线元素与上界谷曲线元素的电阻率差值Ra1:上界谷元素电阻率极小值,图形矢量,R7峰曲线元素与下界谷曲线元素的电阻率差值Ra2:下界谷元素电阻率极小值,R8上下返回电阻率差值的对称度,R9峰曲线元素的厚度,图形矢量,用R(l)i表示图形矢量符号，其中i1、2、3、4、5、6、7、8、9分别表示9个图形矢量参数；l1、2、3、4、5、6分别表示小峰、小谷、中峰、中谷、大峰、大谷。,曲线谷元素取值方法与曲线峰元素类似。,图形矢量参数的含义,对比原则：共5条原则,对比原则一：分级对比 采用三级控制，分级对比的办法进行。即先对比高等级的曲线元素，然后对比低等级的曲线元素。低等级曲线元素的对比线不允许跨过高等级曲线元素的对比线，只能在高等级对比线所确定的范围内对比。,四、图形间对比原则及步骤,为了在微电阻率测井曲线上识别出大峰、中峰、小峰、大谷、中谷、小谷，应事先规定好电阻率梯度的界限值。相邻两个拐点的电阻率梯度G1, 峰（或谷）相邻两个拐点的电阻率梯度G2,中峰（或中谷）相邻两个拐点的电阻率梯度G3,大峰（或大谷） G1、G2、G3界限值是事先通过分析微电阻率曲线特征而确定的，且有：G1G2G3。,定义：基本曲线与对比曲线上两个同类曲线元素图形矢量各分量之间的剩余平方和就是所谓的差别系数。其表示如下：式中： 分别为基本曲线与对比曲线上两个类型相同的曲线元素。 为正数，其值越小，对比的两曲线元素就越相似。,曲线元素对比示意图,对比原则二：差别系数,曲线元素对比示意图,假定差别系数 最小，则说明基本曲线的曲线元素 与对比曲线的曲线元素 最相似。 如果曲线元素 的顶界深度为 ，曲线元素 的顶界深度为 ，则它们的高程差为：,对比原则三：附加检查准则,基本曲线的曲线元素与对比曲线的各个曲线元素进行对比，根据差别系数最小原则选出曲线元素时，为了保证对比的可靠性，还要进行三种附加检查：,相似性检查,识别力检查,厚度比例大致相等的检查,相似性检查,差别系数 是对比曲线的各个对比元素中的最小值，但是，还必须低于规定的差别系数截止值K1,对比才是有效的，即要求： 通常K1取50。,三种附加检查示意图,对比曲线的曲线元素 与其它对比曲线的曲线元素 差别越大，它与基本曲线的曲线元素的对比质量就越可靠。规定识别门槛K2，为了使 与其它的曲线元素 不至于混淆不清，要求： 通常K2取25。,识别力检查,三种附加检查示意图,厚度比例大致相等的检查,h1与h2应大致相等。规定间隔差的相对值不得超过K3（%）,即： 通常K3取值为 2,三种附加检查示意图,一般选对比特征最明显的曲线元素作为对比标志层。即选择 为最大的一些曲线元素作为标志层。,对比标志层作用示意图,对比原则四：选对比标志层,对比原则五：非交叉对比原则,地层是按一定的沉积顺序、一层覆盖一层沉积的。进行曲线对比时，如果中间没有断层穿过，地层对比线的次序应符合沉积顺序这一规律。这样。两条对比线之间，地层可能尖灭，但不可能出现交叉。,错误的（交叉）对比示意图,两个曲线元素的对比线（界面）在空间是交叉的，违背了地层自然成层的规律。,三条曲线之间的对比线发生了交叉 。,计算机对比时，在两条曲线的情况下，首先进行地层次序的逻辑判断，如发现对比线的逻辑次序不对，就要判断其中那一条正确，把不正确的排除掉。在多条曲线的情况下，对比过程与之类似。,注意,（1）确定基本曲线和对比曲线、的对比次序。,图形间对比步骤,（2）确定三种等级曲线元素的探索角，确定差别系数截止值K1、识别门槛K2、厚度差别截止值K3。,（3）确定三种等级的峰元素的界限值G1、G2、G3，并在微电阻率曲线上按深度将它们划分出来。,（4）深度自下而上，从基本曲线选取大峰（或大谷）曲线元素 ，在对比曲线的大峰（或大谷）探索角范围内找出差别系数 最小的曲线元素 。,（5）进行三个附加检查。如检查差别系数 是否大于K1，如小于K1，则将曲线元素 、 的界面数据及其它相关信息储存起来，继续做下一个曲线元素的对比工作。若差别系数 大于K1，则在基本曲线上重挑一个曲线元素进行对比。,（6）高级的曲线元素对比后，改变探索角，对比较低级的曲线元素，它只能在高等级曲线元素的对比线范围内进行对比。每确定一个新的曲线元素对比线，还要检查它是否违反非交叉对比原则。,（7）在对比井段内，按等级逐级将曲线元素对比完后，将对比结果按深度顺序进行排队。然后，用它计算每个曲线元素所对应的界面的地层倾角和倾斜方位角。这个界面可能是地层界面，也可能是层理面，还可能是裂缝面。,图形识别法是相关对比法的一种补充，主要用于研究地层的沉积构造。它先用相关对比程序处理，然后，对感兴趣的井段再用图形识别法程序进行处理。,注意,五、斯仑贝谢地层倾角处理软件,HDT资料处理软件,SYBERDIP：是一种井场“快速直观”的互相关程序。 正常情况下，可给地质家提供足够的地层倾角资料识别构造特征和构造倾向。诸如构造倾角、褶皱类型、断层等。,SYBERDIP处理成果图,CLUSTER：是一种在解释中心进行的的互相关程序。 该程序通过4条微电阻率曲线，进行8个互相关对比，再通过统计分析，计算出最可能的倾角。主要用于构造解释。 处理人员可根据地质家对地层的认识、选择合理的处理参数（窗长、步长、探索角），以获得更薄或更厚层段的地层倾角。,GEODIP：是一种“模式识别”（即图形识别法）程序。 该程序主要为沉积学研究提供详细的成果资料。,GEODIP处理成果图,STKDIP（堆集倾角）：也是一种井场“快速直观”的互相关程序。 与HDT-CYBERDIP类似，计算4条曲线，每条曲线得自每个极板上两条并肩曲线的平均数（堆集）。,SHDT资料处理软件,STKDIP处理成果图,MSD：可得到与CLUSTER类似的结果。 该程序使用规定的窗长、步长、探索角。由8条微电阻率曲线在任意给定层段上可有28种可能的相关对比。最后使用迭代法由28种相关中计算出最佳的地层倾角值。 主要用于构造解释。,LOCDIP：与HDTGEODIP类似，是一种“模式识别”（即图形识别法）程序。 该程序主要为沉积学研究提供详细的成果资料。,CSB：其处理方法是取SHDT仪器同一极板有两电极间短距离（3cm）的优点。 为了在MSD和LOCDIP方法确定的主要界面内识别地层的微细结构，通常采用CSB和短的相关间距（1ft）。 CSB主要用于分析微细沉积特征,MSDCSBLOCDIP处理成果图,小结与要求,1、掌握图形识别对比法的基本概念 2、掌握图形矢量及其参数的含义 3、掌握图形间对比原则及步骤,1、相关分析与图形识别法各有什么特点？2、曲线元素的三种等级、五种类型什么？3、描述峰、谷曲线元素的九个参数含义？4、图形间对比原则有那些？,第五节 地层倾角测井曲线的频率分析处理法,自学,Thank You！,基本曲线进行对比时，首先必须找出特征最明显的曲线（对比标志层）进行对比，用它可起定位作用。若它的对比线确定下来，其它曲线元素的对比线也可一一确定下来。如图所示：左图表示基本曲线中的曲线元素 可以与对比线中的 等进行对比；右图为标志层 与 定位后，对比线 就很容易地确定下来。,对比标志层作用示意图,对比原则四：选对比标志层,