地球物理勘探中灰色理論的應用淺析

【摘 要】灰色理論把系統分為黑、灰、白三大類.白色系統為信息完全明確的系統，即其中的主要信息是確知的系統，而黑色系統與白色系統正好相反，系統內部的信息我們毫無所知或基本不知.簡要介紹了灰色理論的基本原理及基本方法.通過回顧灰色理論的發展歷程及研究現狀，以及灰色理論在地震解釋、地質評價、測井解釋三方面應用研究的最新進展，指出灰色理論的發展趨勢和方向.隨著油田勘探開發進程的不斷深入，灰色理論將受到越來越廣泛的重視，在油氣的勘探開發中所發揮的作用將越來越明顯。

【關鍵詞】灰色理論；灰色預測；灰色建模

1.灰色理論及實現方法

在現實生活中，大多數系統都是介于黑色與白色系統之間，如鄧聚龍所說：“系統中既含有已知信息又含有未知信息，稱為灰色系統”.地球物理勘探和開發領域所涉及到的地震數據、測井資料、巖石物理資料等都屬于灰色系統，既有通過儀器測量、實驗室物理模擬等確定的已知信息，也有無法定性或定量把握的未知情況.在地球物理勘探開發領域廣泛地應用著以因素相互影響為基礎的關聯度分析法，基于白化權函數的灰色聚類和灰色預測法，以及建立數學微分方程模型的灰色建模法等幾種灰色理論的基本方法。

1.1灰關聯度分析

關聯度分析是灰色系統最主要也是目前在地球物理勘探開發領域應用最廣泛的方法之一.它主要用于分析不同數據項之間相互影響、相互依賴的關系，根據事物序列（母序列和子序列）曲線幾何形狀的相似程度，定量的評判事物（因素）間的關聯程度.兩條曲線的形狀彼此越相似，關聯度就越大，反之，則關聯度越小.其中的關鍵是對灰關聯矩陣進行分析，找出其中起主導作用的因素。

1.2灰色聚類

灰色聚類是以灰色關聯度為基礎的聚類方法，實質上是將聚類對象歸納成若干個灰色系統類型，以判斷該聚類對象屬于哪一類灰色類型.它能給出定量的評價，比定性的地質分析更具客觀性。

1.3灰色預測和灰色建模

灰色預測通過原始數據的處理和灰色模型的建立，發現和掌握系統發展的規律，對系統的未來狀態做出科學的定量預測.灰色理論認為，原始地震數據本身就是一種多因素的組合作用的結果.與其進行因素的多層剖析，不如就以原始依據進行預測.在地震資料的預測處理中這是一種新的思想、新的角度。

2.灰色理論在地球物理勘探開發中的應用

灰色理論在地球物理勘探開發中的應用實例和理論研究都很多，主要集中在地震解釋、儲層評價和測井解釋三個方面。

2.1地震解釋

灰色理論在地震資料解釋中的應用主要包括層位標定、巖性分析以及地震剖面的異常值提取等.其中層位標定和巖性分析作為地震解釋的基礎環節和描述地層地質情況的重要信息，一直倍受關注，當然也是灰色理論在地震資料解釋中應用的重點.其典型的方法是從測井資料中提取與層位、巖相有關的信息，將地層剖面、巖性分成若干個測井評價參數范圍，然后采用這些測井地質評價參數與巖心錄井剖面進行詳細對比，統計確定出地質評價參數的標準，最后用參數特征值白化灰色系統，以達到精細劃分地層層位和巖性的目的.這種做法最大優點就是使測井資料得到了充分的利用，同時這也是灰色理論在地震資料解釋中應用的最顯著的一個特點。

2.2儲層評價

儲層評價所涉及的內容很多，應用范圍也相當廣泛，但目前儲層評價還沒有一套公認的評價標準和工作規范，各家的評價方法都不盡一致如模糊判別法和專家打分法等.這些方法往往要求數據量較大，而且還要求數據間存在典型的統計規律，實際計算是很困難的.灰色理論在儲層評價中的應用則有效的克服了上述方法的不足.它的基本思路是通過選取儲層的各評價參數特征值，利用灰色理論的基本方法去白化儲層系統發展的態勢，確定評價指標和實際數據之間的關聯度，據此定量描述儲層的特征，具有數據量小、模型簡單等優點，很好地滿足了實際生產的需要.另外，灰色理論是一個動態的預測過程，對于油氣井的儲量、儲層產能等這樣每時每刻都在發生變化的預測目標，不僅能夠很好的預測出油氣井以及儲層儲量長期的情況，而且還能進行時時的監控預測。

2.3測井解釋

目前，灰色理論在測井解釋方面的應用也大多集中于此.此外，在解釋水淹層、預測儲層剩余飽和度以及對測井信號進行濾波等方面也有成功的應用實例.國內外用于測井解釋的技術方法很多，如相關對比法、模式識別技術、波形樹匹配及人工智能技術等.灰色理論方法與這些方法相比其最大的優勢在于，它將測井解釋看成一個灰色系統，無需了解大量的先驗信息，比其它方法更加符合地下實際情況，所需計算量也相對較小.實踐證明，灰色理論用于測井解釋不僅可行，而且已經取得了很好的應用效果。

3.灰色理論的發展方向

目前，灰色理論已形成一個完整的理論體系.其應用領域已滲透到社會科學、自然科學的多門學科.近年來在地球物理勘探開發中的應用發展尤為迅速，然而任何理論總有其不夠完善的地方，灰色理論也不例外.因此灰色理論還將在地球物理勘探開發的實踐中不斷的完善和發展，今后灰色理論的發展方向和研究重點大體有以下幾個方面：

3.1加強基礎理論的研究

灰色理論基本方法的研究深度不足，數學證明不夠完善.比如灰關聯分析不適用于負相關序列的分析和計算；由灰色關聯系數構成的灰色關聯度不滿足灰色關聯公理中的整體性和偶對對稱性原則；灰色建模方法的累加生成不能減弱原始數列的隨機性時，用一階微分方程作為預測模型必然存在原理性誤差等問題，都是灰色理論基本方法中存在的問題，都直接間接地影響了最終的預測結果.特別是灰色理論的一些核心內容，如累加生成數列能夠提高預測精度等結論，在現有的灰理論專著中均末經予嚴格的數學證明.而這些結論作為灰色理論的核心內容正廣泛地應用于地球物理勘探開發的各個方面，對最終的預測結果和精度的影響很大。

3.2拓寬應用范圍

從目前的研究成果來看，灰色理論在地球物理勘探開發中的應用主要集中在地震資料解釋、地質評價和測井解釋三個方面，歸根到底還是主要應用在解釋方面，應用領域過于單一，解決實際問題的能力還不足，且灰色理論在儲層預測中的應用目前尚限于單系列預測，存在著一定的風險.另外，灰色理論主要研究方法的應用范圍也還十分有限.如：利用灰色建模、灰色關聯分析作為研究工具的例子較為普遍，其它方法的應用則相對較少。

3.3與其它方法相結合

由于灰色理論自身的理論基礎這不夠完善，解決勘探開發中出現的各種問題的能力稍顯不足.近年來雖然出現了將灰色理論與分形、神經網絡、模糊理論等方法聯合應用的實例，但應用的范圍和深度都還遠不能滿足實際需要.可以嘗試將其與其他優化、仿真方法相結合，如遺傳算法、混合離散變量多目標尋優算法以及小波變換、最小二乘方法等。

【參考文獻】

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