主成分分析法識(shí)別白云巖

摘 要：巖性的準(zhǔn)確識(shí)別是白云巖儲(chǔ)層預(yù)測的基礎(chǔ)。采用主成分分析法，根據(jù)巖性變化引起測井響應(yīng)特征不同，優(yōu)選特征曲線構(gòu)建了T1-T5等五個(gè)主成分變量。結(jié)果表明，T1和T2的方差累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了85.48%，可以有效的代替原始多測井信息。在此基礎(chǔ)上，通過主成分T1、T2交匯圖分析看出，白云巖與灰?guī)r有了明顯的區(qū)分界限，通過該方法對(duì)白云巖儲(chǔ)層巖性識(shí)別取得了很好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：特征測井曲線；主成分分析法；白云巖；茅口組

引言

近年來，主成分分析法在國內(nèi)外作為一種優(yōu)秀的降維提取主要信息的方法，先后在地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)等領(lǐng)域都取得了一定的成果。目前，在識(shí)別巖性過程中，大多采用常規(guī)測井解釋方法，但是由于本區(qū)白云巖儲(chǔ)層形成在早起東吳運(yùn)動(dòng)以及后期拉張的構(gòu)造背景下，白云巖與泥質(zhì)灰?guī)r在部分測井曲線響應(yīng)特征基本相似，使得基于常規(guī)的測井曲線解釋方法遭遇困難。本文采用了主成分分析識(shí)別巖性的方法，在保證原始信息利用率較高的情況下，得出主成分變量，然后交匯分析，更加簡單有效地識(shí)別出白云巖，為后期儲(chǔ)層預(yù)測工作提供了很好的服務(wù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

川東臥龍河氣田位于四川盆地東部，為川東氣區(qū)明月峽與茍家場高陡背斜之間的一個(gè)低背斜構(gòu)造帶，是具有多產(chǎn)層、多儲(chǔ)集類型、多氣藏類型和多縫洞系統(tǒng)的復(fù)合氣田。下二疊統(tǒng)茅口組是本區(qū)天然氣的重要產(chǎn)層，根據(jù)已有的巖心錄井資料顯示，茅口組儲(chǔ)層以灰?guī)r為主，上部深灰，深灰?guī)Ш稚規(guī)r，淺灰色燧石條帶、燧石結(jié)核灰?guī)r及硅質(zhì)灰?guī)r，中間夾深灰色泥質(zhì)灰?guī)r，深灰?guī)Ш谏自茙r，且白云巖分布廣泛，偶見連續(xù)厚層[1]，鉆井測試顯示，具有良好的油氣勘探前景[2]；中下部為黑灰色灰?guī)r夾泥質(zhì)條帶及薄層灰黑色泥巖。

2 主成分分析法原理

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是一種簡化數(shù)據(jù)集的技術(shù)。是以揭示大樣本、多變量數(shù)據(jù)或樣本間內(nèi)在關(guān)系，旨在利用降維的思想，將多個(gè)變量通過線性變換用少量變量替代的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，又稱主分量分析[3]。主成分指標(biāo)表達(dá)式如下：

Tm=am1X1+am2X2+…+ampXp

3 研究區(qū)內(nèi)主成分分析法的應(yīng)用

對(duì)于川東臥龍河地區(qū)二疊系茅口組，根據(jù)巖性對(duì)測井響應(yīng)敏感程度以及現(xiàn)有的巖心錄井資料參考分析，選取了6口目標(biāo)井的5條測井曲線：聲波時(shí)差測井、自然伽馬測井、密度測井、中子孔隙度測井和自然電位測井作為樣本變量（圖1），根據(jù)圖表分析可知，白云巖在測井響應(yīng)上通常表現(xiàn)為高聲波速度、高密度、低自然伽馬；而灰?guī)r表現(xiàn)為低聲波速度、低密度、高自然伽馬等。

首先利用z-score方法將原始樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[4]。然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化之后的數(shù)據(jù)值，計(jì)算得出相關(guān)系數(shù)矩陣R。最后，利用以上矩陣求取特征值和各個(gè)主成分方差貢獻(xiàn)率及累計(jì)方差貢獻(xiàn)率。最終得出，T1的方差貢獻(xiàn)率最大，占總方差貢獻(xiàn)率的52.556%，T2的方差貢獻(xiàn)率占總方差貢獻(xiàn)率的32.919%，主成分T1和T2的累積方差貢獻(xiàn)率已超過85%，達(dá)到了85.475%?？梢哉J(rèn)為，T1、T2可以代表了原始變量的大部分信息，因此，可以利用他們進(jìn)行交匯分析，識(shí)別巖性。由成分矩陣可以寫出主成分T1、T2的函數(shù)表達(dá)式為：

T1=-0.733*ZAC-0.721*ZDEN+0.640*ZGR+0.538*ZCNL+0.934*

ZSP （1）

T2=0.572*ZAC+0.534*ZDEN+0.648*ZGR+0.752*ZCNL-0.041*

ZSP （2）

根據(jù)以上的方程轉(zhuǎn)換模型，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的測井資料進(jìn)行主成分計(jì)算，利用得出的主成分T1、T2進(jìn)行交匯分析[5，6]。相比常單一的常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)交匯圖（圖1），由主成分交匯得出的圖上，白云巖與灰?guī)r的界限明顯，并且在灰?guī)r中，灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r的分布范圍也易于分辨，巖性的識(shí)別率有明顯的提高（圖2）。同時(shí)，從測、錄井剖面中也可以看出，應(yīng)用主成分析的方法對(duì)研究區(qū)的巖性解釋與巖心錄井資料解釋的結(jié)果吻合度非常高。

4 結(jié)束語

采用主成分分析的識(shí)別方法，更加簡單明顯的突出了巖性特征。且由主成分變量Ti交匯圖研究可以看出，在碳酸鹽巖中，白云巖與灰?guī)r的區(qū)分度有了明顯的提高，說明主成分分析法在本區(qū)識(shí)別白云巖巖性中獲得了顯著的應(yīng)用效果。對(duì)于直接利用常規(guī)測井曲線識(shí)別精度低這一難題，提供了有效的解決方法。

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